京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23225号 / 工博第4869号 / 新制||工||1760(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 / (主査)教授 秋吉 一成, 教授 跡見 晴幸, 教授 大塚 浩二 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

O objetivo deste trabalho foi a construção de linhagens geneticamente modificadas de B. subtilis capazes de expressar porções de intimina, principal componente envolvido na capacidade de colonização de linhagens enteropatogênicas de Escherichia coli (EPEC), como estratégia vacinal de administração oral contra diarréias infecciosas. As vacinas desenvolvidas empregaram cinco regiões da intimina de EPEC e linhagens de B. subtilis capazes de expressar e acumular proteínas recombinantes no citoplasma. Além disso, avaliamos o uso de esporos e células vegetativas como veículos vacinais para a entrega de antígenos recombinantes a partir de sistema de expressão epissomal. A eficácia do modelo vacinal foi demonstrada pela: (i) produção de anticorpos sistêmicos (IgG) e secretados (sIgA) contra intimina, (ii) capacidade de neutralização das intiminas expressas por diferentes linhagens de EPEC pelos anticorpos específicos gerados nos animais imunizados; e (iii) proteção a desafio com linhagens de EPEC a partir de modelo experimental que emprega camundongos recém-nascidos. Os resultados representam uma etapa importante na validação de uma nova estratégia vacinal para o controle de patógenos entéricos. Além disto, propomos a utilização de um modelo animal como uma nova ferramenta para se avaliar o potencial protetor de vacinas contra EPEC. / The objective of this work was the construction of genetically modified strains of B. subtilis able to express portions of intimin, the main component involved in colonization by enteropathogenic Escherichia coli strains (EPEC) as a strategy of oral vaccination against infectious diarrhea. The vaccines employed five regions of EPEC intimin and B. subtilis strains expressing recombinant proteins in the cytoplasm. Furthermore, we evaluated the use of spores and vegetative cells as vaccine vehicles for the delivery of recombinant antigens based on an epissomal expression system. The efficacy of the vaccines was demonstrated by: (i) production of systemic (IgG) and mucosal (sIgA) antibody responses to intimin, (ii) neutralizing of intimin expressed by different strains of EPEC by the antibodies generated in immunized animals, and (iii) protection to lethal challenges carried out with EPEC strains using an experimental model based in newborn mice. The results represent an important step in the validation of a new vaccine strategy for the control of enteric pathogens. Moreover, we propose the use of an animal model as a new tool to evaluate the protective potential of vaccines against EPEC.

Devido as suas características funcionais, as proteínas vêm sendo cada vez mais utilizadas em diferentes áreas e atividades da sociedade humana como: alimentícia, indústria, têxtil, papel e celulose, química e médica. A produção industrial de proteínas de valor comercial para diversas aplicações, vem sendo cada vez mais conduzida através do desenvolvimento de sistemas de expressão em diferentes hospedeiros, como Saccharomyces cerevisiae. O presente trabalho teve por objetivo desenhar um sistema de expressão metabolicamente independente induzido pelo hormônio estradiol que, em S. cerevisiae, seja capaz de produzir e secretar com eficiência proteínas homólogas e/ou heterólogas de interesse industrial. Para tanto, foi desenhado e construído um plasmídeo regulador (que expressa o fator de transcrição quimérico c-mycGal4(DBD)hERα(LBD)VP16(AD) e um plasmídeo de expressão (que contém o promotor quimérico p5xUASGAL-UARcb1, o qual será induzido pelo fator de transcrição quimérico, regulando a expressão da proteína repórter celobiohidrolase I - cbh1 de Trichoderma reesei). Ambos plasmídeos foram utilizados para transformar a cepa ScW303-1A/pdr5Δ(construída neste trabalho) e induzido com diferentes concentrações de estradiol. Para analisar a habilidade do promotor em dirigir a expressão da proteína repórter cbh1, foi feito o teste de DNS, com os transformantes selecionados, utilizando carboximetilcelulose 1% como substrato. A maior atividade enzimática ocorre na indução do sistema com 5 μM de 17-β-estradiol e DES (dietilestilbestrol). Os resultados mostram que o sistema de expressão induzido por 17-β-estradiol e DES, funciona de forma eficiente em S. cerevisiae e que o mesmo pode ser utilizado na produção biotecnológica de outras proteínas de interesse. / Due to its functional characteristics, the proteins are being increasingly used in different areas and activities of human society: food, industry, textile, pulp and paper, chemical and medical. The industrial production of commercially valuable proteins for various applications is increasingly being conducted through the development of systems of expression in different hosts such as Saccharomyces cerevisiae. This study aimed to design a metabolically independent expression system induced by estradiol hormone in S. cerevisiae is able to produce and secrete effectively homologous proteins and / or heterologous of industrial interest. Thus, it was designed and built a regulatory plasmid (expressing the chimeric transcription factor c-myc-Gal4 (DBD) -hERα (LBD) - VP16 (AD) and an expression plasmid (which contains the chimeric promoter 5xUASGAL- UARcb1, which is induced by the chimeric transcription factor, regulating the expression of the reporter protein cellobiohydrolase I - cbh1 of Trichoderma reesei). Both plasmids were used to transform ScW303-1A / pdr5Δ strain (constructed in this work) and induced with different concentrations of estradiol. To analyze the ability of the promoter to direct the expression of the reporter protein cbh1, the DNS testing, with the selected transformants was done using 1% carboxymethylcellulose as a substrate. The highest enzymatic activity occurs in the induction system with 5 μM of 17-β-estradiol and DES (diethylstilbestrol). The results show that the expression system induced by 17-β-estradiol and DES operates efficiently in S. cerevisiae and that it can be used for the biotechnological production of other proteins of interest.

Septinas são proteínas ligantes a GTP encontradas desde fungos até metazoários. A primeira função identificada para septinas foi o seu papel central na organização e dinâmica do septo de divisão de leveduras. Uma das características marcantes é que septinas se organizam em heterofilamentos de 7 a 9 nm de espessura que foram purificados de diversos organismos tais como Saccharomyces cerevisiae, Drosophila e cérebro de camundongos. Hoje se sabe que septinas não estão envolvidas apenas nos processos de divisão celular, mas em uma variedade de processos como tráfico de vesículas, exocitose, interação com proteínas do citoesqueleto e com a membrana plasmática, o que resulta em alterações da morfologia celular. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos da septina 4 humana (SEPT4) nos quais foi realizado a expressão e purificação da SEPT4 pelo uso do sistema de expressão heteróloga em E. coli e em células de insetos (Sf-9) via baculovírus. A tentativa de expressão usando o vetor pETTEV em E.coli não obteve sucesso, pois a proteína não foi expressa na forma solúvel. A construção do baculovírus recombinante AcSept4 e expressão da SEPT4 nas células de insetos foi realizada com êxito, mas o processo de purificação não foi satisfatório. Com o intuito de obter informações sobre possíveis proteínas que interagem com a SEPT4 e conseqüentemente sobre as funções desempenhadas por ela na célula, a SEPT4 foi utilizada como isca para ensaios de interação proteína-proteína pela técnica de duplo híbrido. Para isso, o gene da SEPT4 foi clonado fusionado ao domínio de ligação ao DNA Lex-A. A realização do ensaio de duplo híbrido com a proteína completa não foi possível, pois a mesma provocou a auto ativação do sistema, por isso uma nova construção foi realizada com a região GTPase e C-terminal SEPT4GC (124-478) como isca. Dentre as interações identificadas, foram encontradas apenas septinas do grupo II (SEPT6, SEPT8, SEPT10 e SEPT11) e quatro novas interações, que ainda precisam ser confirmadas. Por outro lado, uma interação já descrita na literatura envolve a proteína &#945-sinucleína, que é uma proteína abundantemente expressa no cérebro e associada à doença de Parkinson. O foco do estudo dessa interação foi realizar ensaios com os diferentes domínios da SEPT4 para comprovar uma interação direta e com isso tentar mapear o sítio de interação com a &#945-sinucleína. Os resultados obtidos pela ressonância plasmônica de superfície (SPR) indicam que o domínio C-terminal participa da interação com baixa afinidade (K,D=390 &#181M) e sugerem que o domínio GTPase também pode estar envolvido. Já os dados obtidos com os experimentos de RMN e anisotropia de fluorescência mostram indícios que a interação é dependente da conformação da &#945-sinucleína por que a interação aconteceria com maior afinidade quando a &#945-sinucleína está na presença de SDS. / Septins are a family of GTP binding proteins found in a great diversity of organisms. These proteins have been identified as having a central role in septum organization during yeast division. Septins are organized into heterofilaments which are 7 to 9 nm wide and these have been purified from yeast, Drosophila and mice brain. Septins are not only required for cell division, but seem to play a role also in vesicle trafficking and in the formation of diffusion barriers within cells, since they interact with cytoskeleton proteins and the plasma membrane causing changes in cell morphology. In the present work, the aim was investigate human Septin 4 (SEPT4), a septin highly expressed in the brain. One objective of this work was to find a suitable expression system and purification method for SEPT4. The protein was expressed in both E.coli and insect cells (Sf-9). Expression in E. coli with the vector pETTEV was unsuccessful because the protein was insoluble. Expression in insect cells using the recombinant baculovirus AcSept4, was obtained successfully, but the purification was difficult. Important information concerning SEPT4 function might be acquired, if interactions partners involved in cellular process were identified. With this goal in mind, a yeast two hybrid assays were performed. The sept4 gene was fused to the Lex-A DNA binding domain and used as bait in the yeast two hybrid essays. However, full length SEPT4 showed autonomous activation of reporter genes. A second construct was prepared including only GTPase domain and the carboxy terminus domain, (residues 124 to 478) and the screen of interactions were carried out only with SEPT4GC. All of the group II septins (SEPT6, SEPT8, SEPT10 and SEPT11) were identified together with four new interactions. The latter still need be confirmed. In addition, another interaction already described in the literature is between SEPT4 and &#945-synuclein, which is a protein highly expressed in brain and related to Parkinson\'s disease. Different spectroscopic methods and SPR were used to identify which domain of SEPT4 interacts directly with &#945-synuclein and in which region. The surface plasmon resonance (SPR) results indicate that the carboxy terminus participates in the interaction with low affinity (KD = 390 &#181M) and suggests that the GTPase domain may also be involved. The results obtained by fluorescence anisotropy and NMR studies provide evidence that the interaction is dependent on the &#945-synuclein conformation, because the affinity of SEPT4 and &#945-synuclein seemed to be higher in the presence of SDS.

Le virus de l'hépatite C (VHC) est une cause majeure d'affection hépatique chronique, notamment la cirrhose et le cancer du foie. On estime que 170 millions de personnes dans le monde sont des porteurs chroniques du VHC et que 3 à 4 millions de personnes sont infectées chaque année. Un des handicaps majeurs de la recherche sur le VHC est l'absence de systèmes de culture in vitro efficaces et de modèles animaux. Nous avons ainsi choisi une approche recombinante pour l'étude de protéines E1, E2 et p7 du VHC.Les protéines E1, E2 et p7 qui sont impliquées dans des étapes essentielles du cycle viral sont des protéines membranaires. Cependant, l'expression recombinante de cette classe de protéine est extrêmement complexe. En effet, la surexpression des protéines membranaires est souvent toxique pour les cellules hôtes. Ce phénomène est provoqué par l'agrégation ou la dégradation des protéines dans le cytoplasme dû à un manque de membrane disponible pour assurer leur intégration sur la cellule hôte. De plus, la surexpression de protéines membranaires induit la saturation de la machinerie cellulaire liée aux protéines membranaires. Ce détournement empêche le déroulement d'un cycle cellulaire normal et est ainsi fatal pour la cellule hôte. La forte concentration de protéines membranaires ou encore le fait que celles-ci soient hétérologues peut également provoquer la déstabilisation de la membrane de la cellule hôte et de son homéostasie. Afin de nous affranchir de ces limitations, nous avons utilisé une méthode de production des protéines membranaires sous forme native par un système acellulaire en présence de liposomes ; une technologie brevetée par l'université Joseph Fourier et exploitée par la société Synthelis. Dans un premier temps, nous avons procédé à la mise en place du système de production exploitant un lysat bactérien d'E. coli et d'un mélange énergétique complémentaire. Nous avons ensuite utilisé ce system pour étudier la viroporine p7. Cette protéine est essentielle pour la production de particules virales infectieuses et est impliquée dans l'assemblage viral ce qui en fait une cible thérapeutique intéressante. La production de protéoliposomes p7 en grande quantité nous a permis la caractérisation de la protéine par des techniques biochimiques et biophysiques. Nous avons mis en évidence l'inhibition de l'oligomérisation de p7 par le HMA qui ainsi inhibe sa fonction canal ionique. Grâce à la flexibilité du système d'expression acellulaire nous avons caractérisé la structure de la viroporine dans la membrane par réflectivité de neutron et avons confirmé la forme en entonnoir du complexe protéique. Des résultats préliminaires sur les proéoliposomes E1E2 quant à eux permettent d'espérer la production prochaine de particules virales mimant le VHC afin de mieux l'étudier et de lutter contre cette épidémie.L'ensemble de ces résultats confirment la pertinence de l'expression de protéines membranaires sous formes natives en système acellulaire en présence de liposomes. Les protéoliposomes produits constituent des nouveaux outils pour l'étude du VHC et permettent d'envisager de très grandes applications thérapeutiques ainsi que le développement de biomédicaments basés sur l'utilisation de protéines membranaires recombinantes. / The Hepatitis C virus (HCV) is a major cause of chronic liver disease, including cirrhosis and liver cancer. An estimated 170 million people worldwide are chronically infected with HCV and 3 to 4 million people are infected each year. One of the major handicaps of the HCV research is the lack of effective in vitro culture systems and animal models. To adress this issue, we chose a recombinant approach to study the E1, E2 and p7 proteins of HCV.The E1, E2 and p7 proteins are involved in critical steps of the viral cycle. They are membrane proteins, a class of protein that is extremely complex to express. Indeed, overexpression of membrane proteins is often toxic to the host cells. This phenomenon is caused by protein aggregation or degradation in the cytoplasm due to a lack of available membrane space for their integration into the host cell. Moreover, overexpression of membrane proteins induces saturation of the cellular machinery linked to membrane proteins. This diversion prevents the flow of a normal cell cycle and is fatal to the host cell. Destabilization of the host cell's membrane and its homeostatis may also be caused by the high concentration of membrane proteins or their heterologous nature. To circumvent these limitations, we used a method for producing membrane proteins in their native form by a cell-free system in the presence of liposomes; a technology patented by the University Joseph Fourier and licenced by the startup company Synthelis. First, we have set up the cell-free production system using a bacterial lysate from E. coli and a complementary energy mix. We then used this system to study the p7 viroporine. This protein is essential for the production of infectious virus particles and is involved in viral assembly making it an attractive therapeutic target. The production of a large quantity of p7 proteoliposomes allowed us to characterize the protein by biochemical and biophysical techniques. We have demonstrated the inhibition of oligomerization of p7 by HMA, which thereby inhibits its ion channel function. Thanks to the flexibility of the cell-free expression system we have characterized the structure of the viroporine within the membrane in a neutron reflectivity assay and have confirmed the funnel shape of the protein complex. Preliminary results on proteoliposomes E1E2 offer hope for the production viral particles mimicking the hepatitis C virus in order to better study the virus and fight against this epidemic.Together, these results confirm the suitability of the expression of membrane proteins in native forms using a cell-free system in the presence of liposomes. Proteoliposomes products are a new tool for the study of HCV and consideration for very broad therapeutic applications and the development of biopharmaceuticals based on the use of recombinant membrane proteins.

O objetivo deste trabalho foi a construção de linhagens geneticamente modificadas de B. subtilis capazes de expressar porções de intimina, principal componente envolvido na capacidade de colonização de linhagens enteropatogênicas de Escherichia coli (EPEC), como estratégia vacinal de administração oral contra diarréias infecciosas. As vacinas desenvolvidas empregaram cinco regiões da intimina de EPEC e linhagens de B. subtilis capazes de expressar e acumular proteínas recombinantes no citoplasma. Além disso, avaliamos o uso de esporos e células vegetativas como veículos vacinais para a entrega de antígenos recombinantes a partir de sistema de expressão epissomal. A eficácia do modelo vacinal foi demonstrada pela: (i) produção de anticorpos sistêmicos (IgG) e secretados (sIgA) contra intimina, (ii) capacidade de neutralização das intiminas expressas por diferentes linhagens de EPEC pelos anticorpos específicos gerados nos animais imunizados; e (iii) proteção a desafio com linhagens de EPEC a partir de modelo experimental que emprega camundongos recém-nascidos. Os resultados representam uma etapa importante na validação de uma nova estratégia vacinal para o controle de patógenos entéricos. Além disto, propomos a utilização de um modelo animal como uma nova ferramenta para se avaliar o potencial protetor de vacinas contra EPEC. / The objective of this work was the construction of genetically modified strains of B. subtilis able to express portions of intimin, the main component involved in colonization by enteropathogenic Escherichia coli strains (EPEC) as a strategy of oral vaccination against infectious diarrhea. The vaccines employed five regions of EPEC intimin and B. subtilis strains expressing recombinant proteins in the cytoplasm. Furthermore, we evaluated the use of spores and vegetative cells as vaccine vehicles for the delivery of recombinant antigens based on an epissomal expression system. The efficacy of the vaccines was demonstrated by: (i) production of systemic (IgG) and mucosal (sIgA) antibody responses to intimin, (ii) neutralizing of intimin expressed by different strains of EPEC by the antibodies generated in immunized animals, and (iii) protection to lethal challenges carried out with EPEC strains using an experimental model based in newborn mice. The results represent an important step in the validation of a new vaccine strategy for the control of enteric pathogens. Moreover, we propose the use of an animal model as a new tool to evaluate the protective potential of vaccines against EPEC.

Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-04-04T18:59:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2011-Dissertação-JanaineCarvalho.pdf: 1997829 bytes, checksum: 1182cc1385c167fb2f0bfaa773d3a959 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T18:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2011-Dissertação-JanaineCarvalho.pdf: 1997829 bytes, checksum: 1182cc1385c167fb2f0bfaa773d3a959 (MD5) Previous issue date: 2011-10-07 / O câncer cervical é a segunda maior causa de mortes entre mulheres no mundo. Esta neoplasia maligna está relacionada com a presença do Papilomavírus Humano (HPV), sendo o tipo 16 responsável por 60% dos casos. O HPV infecta o tecido epitelial mucoso ou cutâneo e é responsável pelo aparecimento de verrugas ou papilomas benignos que tendem a regredir naturalmente na maioria dos casos, mas que ainda assim causam prejuízos aos indivíduos infectados e aos sistemas públicos de saúde, sendo a papilomatose considerada a doença sexualmente transmissível mais prevalente no mundo, tornando essencial a aplicação de estratégias de combate à esta infecção. Vacinas baseadas em Virus-like particles (VLPs), formadas a partir das proteínas capsidiais L1 e L2 - que induzem a formação de anticorpos neutralizantes - já estão comercialmente disponíveis. Contudo, possuem um preço elevado considerando, principalmente, os países em desenvolvimento. A imunidade humoral é direcionada contra os epítopos conformacionais da proteína L1 que compõe 90% da estrutura capsidial. Para produção das VLPs os genes das proteínas capsidiais são expressos em sistemas heterólogos e o produto resultante é purificado. A escolha de um sistema mais simples e barato para essa expressão é fundamental para a redução do custo das vacinas. Uma alternativa promissora é a levedura Pichia pastoris. Este trabalho propôs a produção extracelular e intracelular da proteína L1 de HPV16, que teve seu gene inserido no vetor pPCIZAα e pPCIZA, respectivamente. As construções pPICZAαL1H16 e pPICZAL1H16 foram integradas no genoma da levedura Pichia pastoris e a transcrição do gene L1 e a expressão da proteína foram confirmadas por RT-PCR e imunodetecção em Dot Blot. A busca de uma melhor expressão da proteína L1 de HPV 16, em células de P. pastoris, é uma etapa essencial na busca do desenvolvimento de uma estratégia vacinal mais economicamente viável baseada em VLPs. / The Cervical cancer is the second leading cause of death among women worldwide. This malignancy is related to the presence of human papillomavirus (HPV) being the type 16 responsible for 60% of the cases. HPV infects cutaneous or mucosal epithelial tissue and is responsible for the appearance of benign papillomas or warts that tend to regress naturally in most cases, but still cause damage to infected individuals and public health systems, with papillomatosis being considered the most prevalent sexually transmitted disease worldwide, making essential to implement strategies to combat this infection. Vaccines based on viruslike particles (VLPs), formed from the capsid proteins L1 and L2 - that induce the formation of neutralizing antibodies - are already commercially available. However, they are expensive considering mainly the developing countries. Humoral immunity is directed against conformational epitopes of the L1 protein which represents 90% of the capsid structure. In order to produce VLPs the capsid protein genes are expressed in heterologous systems and the resulting product is purified. The choice of a simpler and cheaper system for this expression is fundamental to reduce the cost of vaccines. A promising alternative is the Pichia pastoris yeast. This paper proposed the extracellular and intracellular generation of HPV16 L1 protein, which had its gene inserted into the vectors pPCIZAα e pPCIZA, respectively. The pPICZAαL1H16 and pPICZAL1H16 plasmids were integrated into the Pichia pastoris yeast genome and the L1 gene transcription and protein expression were confirmed by RT-PCR and immunodetection in Dot Blot. The search for better expression of HPV 16 L1 protein, in cells of P. pastoris, is an essential step in the quest to develop a more economically viable vaccine strategy based on VLPs.

Septinas são proteínas ligantes a GTP encontradas desde fungos até metazoários. A primeira função identificada para septinas foi o seu papel central na organização e dinâmica do septo de divisão de leveduras. Uma das características marcantes é que septinas se organizam em heterofilamentos de 7 a 9 nm de espessura que foram purificados de diversos organismos tais como Saccharomyces cerevisiae, Drosophila e cérebro de camundongos. Hoje se sabe que septinas não estão envolvidas apenas nos processos de divisão celular, mas em uma variedade de processos como tráfico de vesículas, exocitose, interação com proteínas do citoesqueleto e com a membrana plasmática, o que resulta em alterações da morfologia celular. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos da septina 4 humana (SEPT4) nos quais foi realizado a expressão e purificação da SEPT4 pelo uso do sistema de expressão heteróloga em E. coli e em células de insetos (Sf-9) via baculovírus. A tentativa de expressão usando o vetor pETTEV em E.coli não obteve sucesso, pois a proteína não foi expressa na forma solúvel. A construção do baculovírus recombinante AcSept4 e expressão da SEPT4 nas células de insetos foi realizada com êxito, mas o processo de purificação não foi satisfatório. Com o intuito de obter informações sobre possíveis proteínas que interagem com a SEPT4 e conseqüentemente sobre as funções desempenhadas por ela na célula, a SEPT4 foi utilizada como isca para ensaios de interação proteína-proteína pela técnica de duplo híbrido. Para isso, o gene da SEPT4 foi clonado fusionado ao domínio de ligação ao DNA Lex-A. A realização do ensaio de duplo híbrido com a proteína completa não foi possível, pois a mesma provocou a auto ativação do sistema, por isso uma nova construção foi realizada com a região GTPase e C-terminal SEPT4GC (124-478) como isca. Dentre as interações identificadas, foram encontradas apenas septinas do grupo II (SEPT6, SEPT8, SEPT10 e SEPT11) e quatro novas interações, que ainda precisam ser confirmadas. Por outro lado, uma interação já descrita na literatura envolve a proteína &#945-sinucleína, que é uma proteína abundantemente expressa no cérebro e associada à doença de Parkinson. O foco do estudo dessa interação foi realizar ensaios com os diferentes domínios da SEPT4 para comprovar uma interação direta e com isso tentar mapear o sítio de interação com a &#945-sinucleína. Os resultados obtidos pela ressonância plasmônica de superfície (SPR) indicam que o domínio C-terminal participa da interação com baixa afinidade (K,D=390 &#181M) e sugerem que o domínio GTPase também pode estar envolvido. Já os dados obtidos com os experimentos de RMN e anisotropia de fluorescência mostram indícios que a interação é dependente da conformação da &#945-sinucleína por que a interação aconteceria com maior afinidade quando a &#945-sinucleína está na presença de SDS. / Septins are a family of GTP binding proteins found in a great diversity of organisms. These proteins have been identified as having a central role in septum organization during yeast division. Septins are organized into heterofilaments which are 7 to 9 nm wide and these have been purified from yeast, Drosophila and mice brain. Septins are not only required for cell division, but seem to play a role also in vesicle trafficking and in the formation of diffusion barriers within cells, since they interact with cytoskeleton proteins and the plasma membrane causing changes in cell morphology. In the present work, the aim was investigate human Septin 4 (SEPT4), a septin highly expressed in the brain. One objective of this work was to find a suitable expression system and purification method for SEPT4. The protein was expressed in both E.coli and insect cells (Sf-9). Expression in E. coli with the vector pETTEV was unsuccessful because the protein was insoluble. Expression in insect cells using the recombinant baculovirus AcSept4, was obtained successfully, but the purification was difficult. Important information concerning SEPT4 function might be acquired, if interactions partners involved in cellular process were identified. With this goal in mind, a yeast two hybrid assays were performed. The sept4 gene was fused to the Lex-A DNA binding domain and used as bait in the yeast two hybrid essays. However, full length SEPT4 showed autonomous activation of reporter genes. A second construct was prepared including only GTPase domain and the carboxy terminus domain, (residues 124 to 478) and the screen of interactions were carried out only with SEPT4GC. All of the group II septins (SEPT6, SEPT8, SEPT10 and SEPT11) were identified together with four new interactions. The latter still need be confirmed. In addition, another interaction already described in the literature is between SEPT4 and &#945-synuclein, which is a protein highly expressed in brain and related to Parkinson\'s disease. Different spectroscopic methods and SPR were used to identify which domain of SEPT4 interacts directly with &#945-synuclein and in which region. The surface plasmon resonance (SPR) results indicate that the carboxy terminus participates in the interaction with low affinity (KD = 390 &#181M) and suggests that the GTPase domain may also be involved. The results obtained by fluorescence anisotropy and NMR studies provide evidence that the interaction is dependent on the &#945-synuclein conformation, because the affinity of SEPT4 and &#945-synuclein seemed to be higher in the presence of SDS.

SUMMARY<p><p>Gap1, the general amino acid permease of Saccharomyces cerevisiae, is a plasma membrane protein which is synthesized and most active under conditions of poor nitrogen supply. Under these conditions, the role of Gap1 is to scavenge external amino acids to be used as nitrogen sources or directly as building blocks for protein synthesis. Gap1 is a member of the Yeast Amino Acid Transporter (YAT) family, a family of amino acid transporters highly conserved in bacteria and fungi. <p>The intracellular trafficking of Gap1 has been the subject of intense investigation as well as the role of lipids (in particular sphingolipids) in its activity and folding. These studies have all been carried out in the cellular context using versatile yeast genetics as exploratory tools. While such in vivo investigations allow to identify physiologically relevant features, they do not provide the details to understand the molecular basis of these phenomena. In order to decipher the molecular features responsible for biological functions, physiological analysis must be combined with biochemical, biophysical and structural studies which typically will be performed on isolated and purified proteins.<p>Our work during this study fits in this trans-disciplinary approach that aims at understanding different properties of the protein: (I) how sphingolipids modulate the activity of Gap1, (II) what part of the protein, and more specifically, what residues, are implicated in its regulation and (III) what are the molecular determinants of the multi-specificity of Gap1.<p>At the beginning of this work, Gap1 had not been previously produced and purified. During this thesis we have identified suitable expression and purification strategies for Gap1 and initiated first characterization studies. In the process, we have developed a new expression system in S. cerevisiae based on the nitrogen catabolite repression. <p>The capacity of this system to express other proteins was successfully tested for two other yeast transporters (Mep2 and Uga4) and for two human proteins: MD-2, a soluble protein and Vglut1, a vesicular transporter.<p>Therefore, we propose our expression design as a viable alternative to existing systems of production in yeast and as a valuable tool to be tested when starting the expression of a new target. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Devido as suas características funcionais, as proteínas vêm sendo cada vez mais utilizadas em diferentes áreas e atividades da sociedade humana como: alimentícia, indústria, têxtil, papel e celulose, química e médica. A produção industrial de proteínas de valor comercial para diversas aplicações, vem sendo cada vez mais conduzida através do desenvolvimento de sistemas de expressão em diferentes hospedeiros, como Saccharomyces cerevisiae. O presente trabalho teve por objetivo desenhar um sistema de expressão metabolicamente independente induzido pelo hormônio estradiol que, em S. cerevisiae, seja capaz de produzir e secretar com eficiência proteínas homólogas e/ou heterólogas de interesse industrial. Para tanto, foi desenhado e construído um plasmídeo regulador (que expressa o fator de transcrição quimérico c-mycGal4(DBD)hER&#945;(LBD)VP16(AD) e um plasmídeo de expressão (que contém o promotor quimérico p5xUASGAL-UARcb1, o qual será induzido pelo fator de transcrição quimérico, regulando a expressão da proteína repórter celobiohidrolase I - cbh1 de Trichoderma reesei). Ambos plasmídeos foram utilizados para transformar a cepa ScW303-1A/pdr5&#916;(construída neste trabalho) e induzido com diferentes concentrações de estradiol. Para analisar a habilidade do promotor em dirigir a expressão da proteína repórter cbh1, foi feito o teste de DNS, com os transformantes selecionados, utilizando carboximetilcelulose 1% como substrato. A maior atividade enzimática ocorre na indução do sistema com 5 &#956;M de 17-&#946;-estradiol e DES (dietilestilbestrol). Os resultados mostram que o sistema de expressão induzido por 17-&#946;-estradiol e DES, funciona de forma eficiente em S. cerevisiae e que o mesmo pode ser utilizado na produção biotecnológica de outras proteínas de interesse. / Due to its functional characteristics, the proteins are being increasingly used in different areas and activities of human society: food, industry, textile, pulp and paper, chemical and medical. The industrial production of commercially valuable proteins for various applications is increasingly being conducted through the development of systems of expression in different hosts such as Saccharomyces cerevisiae. This study aimed to design a metabolically independent expression system induced by estradiol hormone in S. cerevisiae is able to produce and secrete effectively homologous proteins and / or heterologous of industrial interest. Thus, it was designed and built a regulatory plasmid (expressing the chimeric transcription factor c-myc-Gal4 (DBD) -hER&#945; (LBD) - VP16 (AD) and an expression plasmid (which contains the chimeric promoter 5xUASGAL- UARcb1, which is induced by the chimeric transcription factor, regulating the expression of the reporter protein cellobiohydrolase I - cbh1 of Trichoderma reesei). Both plasmids were used to transform ScW303-1A / pdr5&#916; strain (constructed in this work) and induced with different concentrations of estradiol. To analyze the ability of the promoter to direct the expression of the reporter protein cbh1, the DNS testing, with the selected transformants was done using 1% carboxymethylcellulose as a substrate. The highest enzymatic activity occurs in the induction system with 5 &#956;M of 17-&#946;-estradiol and DES (diethylstilbestrol). The results show that the expression system induced by 17-&#946;-estradiol and DES operates efficiently in S. cerevisiae and that it can be used for the biotechnological production of other proteins of interest.