Orientador: Mario de Oliveira Neto / Resumo: A biomassa lignocelulósica pode ser usada para a produção de energia ou de novos bioprodutos potenciais substitutos de químicos convencionais. Porém a conversão dos polissacarídeos estruturais presentes na parede celular vegetal das células que compõe a biomassa não é simples. Isto se deve principalmente pela presença da lignina, que juntamente com a hemicelulose, formam uma estrutura coesa de microfibrilas que entrelaçam a celulose. Compostos que inibem as enzimas celulolíticas, incluindo fenólicos solúveis (derivados da lignina), açúcares solúveis, aldeídos de furano e ácidos fracos são gerados durante os diversos pré-tratamentos utilizados atualmente. Neste estudo, observamos como os fenólicos solúveis interagem com -glicosidases. Para isso, combinamos simulações de ensaio enzimático, docking molecular e dinâmica molecular para descrever o processo de ligação. Notavelmente, o ácido tânico, um dos fenólicos solúveis estudados, foi a molécula com maior poder inibitório em comparação com todos os demais fenólicos. Possivelmente devido ao seu comprimento e suas substituições de grupos químicos. A alta presença de anéis aromáticos e grupos hidroxilas no ácido tânico, leva a maior interação entre as moléculas e consequente inibição/desativação das β-glicosidases bacterianas, enquanto os grupos carboxílicos presentes nos demais fenólicos alteram os efeitos físico-químicos aumentando a hidrofobicidade; criando cargas eletrostáticas e aumentando a ligação de hidrogênio, afetando a... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Lignocellulosic biomass can be transformed to chemicals or energy products. However converting polysaccharides present on the cell wall can be limitated due to the high recalcitrance caused by the presence of lignin. Compounds that inhibit enzymes, including lignin-derived phenolics, soluble sugars, furan aldehydes, and weak acids, are generated during the various pre-treatments currently used. In this study was observed how the soluble phenolics generated significantly impede the enzymatic hydrolysis of cellulose. For this were combine enzymatic assay, molecular docking and molecular dynamics simulations to describe the binding process between soluble phenolics and bacterial β-glycosidases. Notably, tannic acid, one of the soluble phenolics generated, was the strongest inhibitory molecule in comparison with all phenolics studied. Possibly because of its length and its substitutions of chemical groups. The high presence of aromatic rings and hydroxyl groups in tannic acid leads to greater interaction between the molecules and consequent inhibition / deactivation of bacterial β-glycosidases. Taken together, our studies of the interaction suggest that there is a high correlation between exposed hydrophobic surface areas and the number of binding sites on the inhibition of βglucosidases. These data may provide a useful basis for future biotechnological applications of microbial β-glucosidases, especially in the field of biofuel production. / Doutor

pH studies are used to gain insight into chemical mechanisms of enzyme catalysed reactions. However, perhaps the most important practical point that is often overlooked in pH studies is control of the ionic strength of reaction mixtures at the various pH values. For example, cathepsins Band L were suspected to be involved in cancer invasion but pH vs activity profiles indicated that they were not active at the extracellular pH (pH 7.2). When these profiles were re-evaluated in buffers of constant ionic strength, as opposed to buffers of constant molarity, it was shown that the enzymes were indeed active at pH 7.2. Other enzymes have also been reported to be sensitive to ionic strength. These include neutrophil elastase, class sigma glutathione S-transferase and penicillin G-acylase amongst others. The effects of increasing ionic strength on the activity of six enzymes were investigated. a-Glucosidase (from bakers ' yeast), elastase (human leukocyte) and trypsin (bovine pancreatic), cathepsin L (sheep liver), cathepsin B (rabbit liver), fruit bromelain (pineapple fruit) were subjected to different ionic strength buffers and their activities and Km and Vmax were determined as a function of ionic strength. The influence of ionic strength on Ki values has not been previously reported and was also studied, using the interaction between chicken egg-white cystatin C and cathepsin L as a model. a-Glucosidase was found to have an ionic strength optimum and elastase showed increasing activity with an increase in ionic strength. Trypsin activity decreased with increasing ionic strength with a substrate containing a positively charged side chain in the P1 position, and an increase in activity with a substrate containing a hydrophobic group at the P1 position. Cathepsin B activity increased when acting on the substrate Z-Phe-ArgNHMec and decreased when acting on Z-Arg-Arg-NHMec, with increasing ionic strength. Bromelain showed an increase in activity with increasing ionic strength. Cathepsin L activity decreased at increasing ionic strength and the Ki values for the cathepsin L-cystatin C interaction increased with increasing ionic strength. The results obtained can be attributed to the nature of the specificity pockets involved in binding the substrate, effects on the catalytic mechanism of the enzyme or structural changes due to increasing ionic strength. These results show that the ionic strength is a significant variable and should be kept constant or at in vivo levels when assaying enzymes. / Thesis (M.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2005.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:03:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RobertaLNG_DISSERT.pdf: 1656027 bytes, checksum: 85f9c5516e7c9dd85306e47eb8231174 (MD5) Previous issue date: 2011-06-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Chitinases are enzymes involved in degradation of chitin and are present in a range of organisms, including those that do not contain chitin, such as bacteria, viruses, plants and animals, and play important physiological and ecological roles. Chitin is hydrolyzed by a chitinolytic system classified as: endo-chitinases, exo-chitinases and N-acetyl-b-D-glucosaminidases. In this study a Litochitinase1 extracted from the cephalotorax of the shrimp Litopenaeus Schmitt was purified 987.32 times using ionexchange chromatography DEAE-Biogel and molecular exclusion Sephacryl S-200. These enzyme presented a molecular mass of about 28.5 kDa. The results, after kinetic assay with the Litochitinase1 using as substrate p-nitrophenyl-N-acetyl-b-Dglucosaminideo, showed apparent Km of 0.51 mM, optimal activity at pH ranging from 5.0 to 6.0, optimum temperature at 55?C and stability when pre-incubated at temperatures of 25, 37, 45, 50 and 55?C. The enzyme showed a range of stability at pH 4.0 to 5.5. HgCl2 inhibited Litochitinase1 while MgCl2 enhances its activity. Antimicrobial tests showed that Litochitinase1 present activity against gram-negative bacterium Escherichia coli in the 800 μg/mL concentration. The larvicidal activity against Aedes aegypti was investigated using crude extracts, F-III (50-80%) and Litochitinase1 at 24 and 48 hours. The results showed larvicidal activity in all these samples with EC50 values of 6.59 mg/mL for crude extract, 5.36 mg/mL for F-III and 0.71 mg/mL for Litochitinase1 at 24 hours and 3.22 and 0.49 mg/mL for the F-III and Litochitinase1 at 48 hours, respectively. Other experiments confirmed the presence of chitin in the midgut of Aedes aegypti larvae, which may be suffering the action of Litochitinase1 killing the larvae, but also the absence of contaminating proteins as serine proteinase inhibitors and lectins in the crude extract, F-III and Litochitinase1, indicating that the death of the larvae is by action of the Litochitinase1. We also observed that the enzymes extracted from intestinal homogenate of the larvae no have activity on Litochitinase1. These results indicate that the enzyme can be used as an alternative to control of infections caused by Escherichia coli and reducing the infestation of the mosquito vector of dengue. / As quitinases s?o enzimas envolvidas na degrada??o da quitina e est?o presentes em uma gama de organismos, inclusive os que n?o cont?m quitina, tais como bact?rias, v?rus, plantas e animais desempenhando importantes papeis fisiol?gicos e ecol?gicos. A quitina ? hidrolisada por um sistema quitinol?tico classificado como: Endo-quitinases, Exo-quitinases e N-acetil-b-D-glucosaminidases. Neste trabalho, a Litochitinase1 foi extra?da do cefalot?rax do camar?o marinho Litopenaeus schmitti e purificada 987,32 vezes utilizando-se cromatografia de troca i?nica DEAE-Biogel e de exclus?o molecular Sephacryl S-200. Esta apresentou massa molecular em torno de 28,5 kDa. Os resultados obtidos, ap?s os testes cin?ticos com a Litochitinase1 utilizando-se como substrato o p-nitrofenil-N-acetil-b-D-glucosaminideo, mostraram Km aparente de 0,51 mM, atividade ?tima em pH variando de 5,0 a 6,0, temperatura ?tima a 55?C e estabilidade de atividade quando pr?-incubada nas temperaturas de 25, 37, 45, 50 e 55?C. A enzima apresentou uma faixa de estabilidade nos pHs de 4,0 a 5,5. O HgCl2, inibiu significativamente a Litochitinase1 enquanto que o MgCl2 potencializa levemente sua atividade. Os testes antimicrobianos realizados mostraram que a Litochitinase1 apresenta atividade contra a bact?ria gram-negativa Escherichia coli numa concentra??o que varia 800 a 500 μg/mL. A atividade larvicida contra Aedes aegypti foi investigada com os extratos brutos, F-III (50-80%) e na Litochitinase1 com tempo de 24 e 48 horas. Os resultados obtidos mostraram atividade larvicida em todas estas amostras com valores de EC50 de 6,59 mg/mL para o extrato bruto, 5,36 mg/mL para F-III e 0,71 mg/mL para Litochitinase1 com 24 horas de ensaio e 3,22 e 0,49 mg/mL, para F-III e Litochitinase1 no tempo de 48 horas. Outros experimentos realizados confirmaram a presen?a de quitina no intestino m?dio das larvas de Aedes aegypti, as quais podem estar sofrendo a a??o da Litochitinase1 provocando suas mortes, como ainda a aus?ncia de prote?nas bioativas como inibidores de proteases ser?nicas e lectinas no extrato bruto, F-III e Litochitinase1, indicando que a morte das larvas ? mesmo por a??o da Litochitinase1. Observou-se ainda que, as enzimas extra?das do homogenato intestinal das larvas n?o interferiram na atividade da Litochitinase1. Estes resultados indicam que esta enzima pode ser usada como alternativa para controlar infec??es causadas por Escherichia coli, como tamb?m na redu??o da infesta??o do mosquito vetor da dengue.

A análise de proteínas como redes é uma ferramenta poderosa para compreender as suas propriedades e a importância relativa de seus resíduos. Nesta análise, os resíduos que interagem entre si, covalentemente ou não, são chamados conectados. Nesta abordagem, alguns resíduos contribuem mais fortemente para manter as propriedades da rede, sendo chamados de centrais. Diversos trabalhos têm apontado que resíduos centrais da Rede de Estrutura Proteica também são importantes nas propriedades das proteínas, desempenhando papéis na catálise, estabilidade térmica e alosteria. No entanto, existe falta de trabalhos desenhados de forma sistemática para confirmar esta hipótese. Neste sentido, esta tese tem como objetivo avaliar se existe correlação entre a centralidade dos resíduos de uma enzima, a beta-glicosidase de Spodoptera frugiperda, Sfβgli, e a importância destes resíduos na determinação das suas propriedades. Para isso, foram utilizadas duas abordagens (capítulo 1): Na primeira, os resíduos centrais foram diretamente perturbados substituindo-os, através de mutação sítio-dirigida, por alanina. Na segunda, perturbações no resíduo central foram feitas modificando a vizinhança deste resíduo através de mutações que introduziram ou removeram volume de seu entorno. A partir disso, foi avaliado se estas perturbações afetaram as propriedades Sfβgli. De forma geral, foi observado (capítulo 2) que as perturbações nos resíduos centrais por ambas abordagens afetam significativamente a termoestabilidade da proteína, reduzindo a sua Tm em até 15°C e aumentando a velocidade de sua desnaturação térmica em até mais de 20 vezes. Além disso, a atividade catalítica de Sfβgli é reduzida por estas perturbações (capítulo 3), sendo que este efeito e a perda da termoestabilidade parecem resultar da mesma causa, a perturbação do resíduo central. No capítulo 4, a investigação do estado oligomérico da Sfβgli por SAXS revelou que esta ocorre preponderantemente como dímero em citrato-fosfato 100 mM pH 6,0, mas como um grande oligômero, possivelmente um dodecâmero, em fosfato 10 mM pH 6,0. Paralelamente foi demonstrado que Sfβgli passa por uma ativação quando em tampão fosfato 10 mM, convergindo para as propriedades cinéticas de Sfβgli em citrato-fosfato 100 mM. Redes de Estrutura Proteica foram produzidas considerando-se também a interação entre as cadeias polipeptídicas constituintes de oligômeros de Sfβgli (dímeros, tetrâmeros e hexâmeros). Assim, observou-se que cinco resíduos são sempre centrais por betweeness, mesmo considerando diferentes oligomêros da Sfgli. Destes, E187, P188 e N329 desempenham papéis conhecidos na catálise e S247 e N249 foram caracterizados nesta tese. Por fim, no capítulo 5, analisando a centralidade dos resíduos da Rede Estrutural da Sfβgli, observa-se uma preponderante presença de resíduos centrais por CΔLp, closeness e betweeness no topo do beta-barril, demonstrando que esta região é muito próxima dos demais resíduos da proteína. Além disso, uma análise da centralidade dos resíduos de 21 beta-glicosidases GH1 revelou que resíduos centrais por closeness são bastante conservados, sendo encontrados predominantemente no sítio ativo destas enzimas, enquanto que dentre os centrais por betweeness há variabilidade. Portanto os resultados apresentados nesta tese suportam experimentalmente a hipótese de que a centralidade dos resíduos na Rede de Estrutura Proteica é correlacionada com propriedades funcionais das proteínas. / Analysis of protein structures as networks has been shown a powerful tool to understand their properties and to identify important residues. In the network analysis, residues that interact with each other are called connected. Some residues are essential to shorten the connection pathways between distant residues in the protein structure, being called central. Central residues have been proposed to have important roles in catalysis, thermal stability and allostery. In order to experimentally assess the correlation between the residue centrality and its importance in the protein properties, we use two approaches (chapter 1): The first one is to make single mutations at the central residues of a betaglucosidase Sfβgly, changing those residues to alanine. The second one is to perturb a central residue (F251) by changing its environment through single mutations that introduces voids or additional volume. Next, we evaluate how those mutations affect the protein thermostability and function. In general, we have observed (chapter 2) that mutations at central residues reduce the Tm in 2 - 15°C and increase the unfolding rate up to 20 times, suggesting that damages in the central residues make the protein more unstable. Moreover, we have observed (chapter 3) that the perturbation of the central residues reduces Sfβgly catalysis, which seems to arise from the same cause that lead to the loss of thermal stability. Besides that, in chapter 4, the investigation of oligomeric state of Sfgli using SAXS indicated that this protein is mainly a dimer in 100 mM citrate-phosphate pH 6,0, whereas it forms large oligomers, possibly dodecamers, in 10 mM phosphate pH 6,0. In parallel it was shown that Sfβgly undergoes an activation process in 10 mM phosphate and its kinetic parameters converge to those observed for Sfβgly in 100 mM citrate-phosphate. Protein Structural Networks were built considering also that there are links between the polypeptidic chains of the Sfβgly oligomers. We observed 5 residues that are central in all kind of oligomeric structures here analyzed. Three of these residues, E187, P188 and N329, play important roles in the catalysis of this enzyme, and two of them (S247 and N249 are described in this thesis. Lastly, in the chapter 5, we observed that central residues by closeness, betweeness and CΔLp are concentrated at the top of the beta-barrel (C-terminal end of the beta-strands and subsequent loops), suggesting that this region, where the active site is placed, is close, in terms of contacts, to the whole Sfβgly structure. Moreover, we have built the Protein Structural Network of 21 beta-glucosidases of the Glucoside Hydrolases family 1, revealing that the closeness central residues are highly conserved, being located in the active site of these enzymes. On the other hand, betweeness central residues are located in the same sites in the structure of different beta-glucosidases, but they are not always conserved. Shortly, these data experimentally support the hypothesis that the residue centrality in Protein Structural Network is correlated with the protein properties, as catalysis and stability.

A análise de proteínas como redes é uma ferramenta poderosa para compreender as suas propriedades e a importância relativa de seus resíduos. Nesta análise, os resíduos que interagem entre si, covalentemente ou não, são chamados conectados. Nesta abordagem, alguns resíduos contribuem mais fortemente para manter as propriedades da rede, sendo chamados de centrais. Diversos trabalhos têm apontado que resíduos centrais da Rede de Estrutura Proteica também são importantes nas propriedades das proteínas, desempenhando papéis na catálise, estabilidade térmica e alosteria. No entanto, existe falta de trabalhos desenhados de forma sistemática para confirmar esta hipótese. Neste sentido, esta tese tem como objetivo avaliar se existe correlação entre a centralidade dos resíduos de uma enzima, a beta-glicosidase de Spodoptera frugiperda, Sfβgli, e a importância destes resíduos na determinação das suas propriedades. Para isso, foram utilizadas duas abordagens (capítulo 1): Na primeira, os resíduos centrais foram diretamente perturbados substituindo-os, através de mutação sítio-dirigida, por alanina. Na segunda, perturbações no resíduo central foram feitas modificando a vizinhança deste resíduo através de mutações que introduziram ou removeram volume de seu entorno. A partir disso, foi avaliado se estas perturbações afetaram as propriedades Sfβgli. De forma geral, foi observado (capítulo 2) que as perturbações nos resíduos centrais por ambas abordagens afetam significativamente a termoestabilidade da proteína, reduzindo a sua Tm em até 15°C e aumentando a velocidade de sua desnaturação térmica em até mais de 20 vezes. Além disso, a atividade catalítica de Sfβgli é reduzida por estas perturbações (capítulo 3), sendo que este efeito e a perda da termoestabilidade parecem resultar da mesma causa, a perturbação do resíduo central. No capítulo 4, a investigação do estado oligomérico da Sfβgli por SAXS revelou que esta ocorre preponderantemente como dímero em citrato-fosfato 100 mM pH 6,0, mas como um grande oligômero, possivelmente um dodecâmero, em fosfato 10 mM pH 6,0. Paralelamente foi demonstrado que Sfβgli passa por uma ativação quando em tampão fosfato 10 mM, convergindo para as propriedades cinéticas de Sfβgli em citrato-fosfato 100 mM. Redes de Estrutura Proteica foram produzidas considerando-se também a interação entre as cadeias polipeptídicas constituintes de oligômeros de Sfβgli (dímeros, tetrâmeros e hexâmeros). Assim, observou-se que cinco resíduos são sempre centrais por betweeness, mesmo considerando diferentes oligomêros da Sfgli. Destes, E187, P188 e N329 desempenham papéis conhecidos na catálise e S247 e N249 foram caracterizados nesta tese. Por fim, no capítulo 5, analisando a centralidade dos resíduos da Rede Estrutural da Sfβgli, observa-se uma preponderante presença de resíduos centrais por CΔLp, closeness e betweeness no topo do beta-barril, demonstrando que esta região é muito próxima dos demais resíduos da proteína. Além disso, uma análise da centralidade dos resíduos de 21 beta-glicosidases GH1 revelou que resíduos centrais por closeness são bastante conservados, sendo encontrados predominantemente no sítio ativo destas enzimas, enquanto que dentre os centrais por betweeness há variabilidade. Portanto os resultados apresentados nesta tese suportam experimentalmente a hipótese de que a centralidade dos resíduos na Rede de Estrutura Proteica é correlacionada com propriedades funcionais das proteínas. / Analysis of protein structures as networks has been shown a powerful tool to understand their properties and to identify important residues. In the network analysis, residues that interact with each other are called connected. Some residues are essential to shorten the connection pathways between distant residues in the protein structure, being called central. Central residues have been proposed to have important roles in catalysis, thermal stability and allostery. In order to experimentally assess the correlation between the residue centrality and its importance in the protein properties, we use two approaches (chapter 1): The first one is to make single mutations at the central residues of a betaglucosidase Sfβgly, changing those residues to alanine. The second one is to perturb a central residue (F251) by changing its environment through single mutations that introduces voids or additional volume. Next, we evaluate how those mutations affect the protein thermostability and function. In general, we have observed (chapter 2) that mutations at central residues reduce the Tm in 2 - 15°C and increase the unfolding rate up to 20 times, suggesting that damages in the central residues make the protein more unstable. Moreover, we have observed (chapter 3) that the perturbation of the central residues reduces Sfβgly catalysis, which seems to arise from the same cause that lead to the loss of thermal stability. Besides that, in chapter 4, the investigation of oligomeric state of Sfgli using SAXS indicated that this protein is mainly a dimer in 100 mM citrate-phosphate pH 6,0, whereas it forms large oligomers, possibly dodecamers, in 10 mM phosphate pH 6,0. In parallel it was shown that Sfβgly undergoes an activation process in 10 mM phosphate and its kinetic parameters converge to those observed for Sfβgly in 100 mM citrate-phosphate. Protein Structural Networks were built considering also that there are links between the polypeptidic chains of the Sfβgly oligomers. We observed 5 residues that are central in all kind of oligomeric structures here analyzed. Three of these residues, E187, P188 and N329, play important roles in the catalysis of this enzyme, and two of them (S247 and N249 are described in this thesis. Lastly, in the chapter 5, we observed that central residues by closeness, betweeness and CΔLp are concentrated at the top of the beta-barrel (C-terminal end of the beta-strands and subsequent loops), suggesting that this region, where the active site is placed, is close, in terms of contacts, to the whole Sfβgly structure. Moreover, we have built the Protein Structural Network of 21 beta-glucosidases of the Glucoside Hydrolases family 1, revealing that the closeness central residues are highly conserved, being located in the active site of these enzymes. On the other hand, betweeness central residues are located in the same sites in the structure of different beta-glucosidases, but they are not always conserved. Shortly, these data experimentally support the hypothesis that the residue centrality in Protein Structural Network is correlated with the protein properties, as catalysis and stability.

A doença de Pompe (GSDII), autossômica recessiva, é causada pela deficiência da enzima lisossomal que degrada o glicogênio, -glucosidase ácida (GAA). O quadro clínico varia de acordo com a idade de início da doença, grau de progressão e envolvimento dos tecidos: predominantemente cardíaco e muscular esquelético na forma de início-precoce (FIP) e mais restrito no músculo esquelético na forma de início-tardio (FIT). A sobrevida média na FIP é de 9-12 meses. Com avanço dos métodos histológicos, histoquímicos e imunoistoquímicos intensificou-se a análise estrutural e funcional dos tipos de fibras musculares. O estudo da vascularização também é de importância pelo aporte nutricional e funcional das fibras. O objetivo do presente trabalho é analisar a correlação da distribuição do tipo de fibras com a forma de apresentação clínica da doença de Pompe, seu genótipo correspondente e a quantidade residual da enzima GAA. Analisou-se 10 biópsias musculares de pacientes FIP e 09 de FIT comparados com o grupo controle, pareados por idade e gênero. Os pacientes foram selecionados segundo dados clínicos e laboratoriais, sendo feito o seqüenciamento de toda parte codificante do gene e Western Blotting (WB) com anticorpo monoclonal 15362-157, cedido pela Genzyme (primário 1:200 e secundário 1:10.000). A confirmação do diagnóstico foi feita através da medida da atividade residual de GAA em papel filtro, da presença de miopatia vacuolar com grânulos PAS e fosfatase ácida positivos em biópsia muscular e pela presença de mutação no gene GAA. A reação de imunoistoquímica foi realizada para fibras tipo I (lenta), tipo II (rápida) e densidade capilar (ulex), utilizando anticorpos monoclonais, respectivamente: antimiosina lenta (1:80), anti-miosina rápida (1:40) da Novocastra e ulex da Vector (1:800). A contagem das fibras foi realizada por 2 observadores em todo fragmento do corte transversal da biópsia com auxílio de um programa semi-automatizado. Observou-se predomínio de fibras tipo II em ambos os gêneros na FIP e predomínio de fibras tipo I em mulheres e tipo II em homens, na FIT. Aumento da densidade capilar, em comparação com os controles, foi notada em ambas as formas IP e IT. Verificou-se em média 90% de fibras vacuoladas nos casos FIP com completa distorção da arquitetura, enquanto na FIT, a porcentagem de fibras vacuoladas foi variável (0-88%). Como alguns genes constitutivos influenciam na distribuição das fibras musculares, como o gene ACE, o polimorfismo deste gene foi analisado quanto aos genótipos I/I, D/D e I/D. Observou-se ausência de concordância entre o genótipo do ACE e a distribuição de fibras em 60% dos casos da FIP e FIT, atribuindo-se o resultado da distribuição do tipo de fibras como parte da patologia da doença de Pompe. A gravidade da doença variou inversamente com a quantidade de enzima residual, sendo compatível com o quadro clínico do paciente. A presença de mutação deletéria em ambos os alelos foi observada em 3/10 casos de IP, sendo que todos os 3 casos apresentaram ausência total de enzima no WB. Há maior envolvimento de fibras tipo II em GSDII, sem depleção da microcirculação muscular. Estudos demonstram que a remoção do depósito de glicogênio ocorre diferencialmente nos tipos de fibra, sendo menos eficiente nas fibras tipo II. O achado do presente estudo poderá ter implicações na resposta à recente terapêutica proposta por reposição enzimática. / The glycogen storage disease type II (GSDII), autosomal recessive disorder, is caused by the deficiency of GAA (acid -glucosidase) a lysossomal enzyme that degrades the glycogen. The clinical findings are in accordance to great variability of age onset, degree of disease progression and extent of tissue involvement: predominantly cardiac and skeletal muscle in the infantile form (I) and more restricted to the skeletal muscle in the late-onset form (LO). The average survival time of the infantile form is 9-12 months. With advances of the histological, histochemical and imunohistochemical methods structural and functional analysis of muscle fiber types were intensified. The study of the capillary density is also important for nutritional and functional aspects. The objective of the present work is to analyze the correlations of the fiber type distribution to clinical presentation, genotype and residual GAA enzymatic activity. We analyzed 10 muscle biopsies of infantile and 09 of late-onset patients and compared to age and gender matched controls. The patients were selected according to clinical and laboratorial data, molecular diagnosis by full gene sequencing, and Western Blotting (WB) with monoclonal antibody 15362-157, courtesy Genzyme Science Group (primary 1:200 and secondary 1:10.000). Diagnostic confirmation was made by GAA enzymatic measurement in DBS, presence of vacuolar myopathy in muscle biopsy, and presence of mutation in GAA gene. The imunohistochemical study was carried out by detection of type I (slow), type II (fast) fibers and capillaries, using monoclonal antibodies, respectively: anti-slow myosin (1:80), anti-fast myosin (1:40) (Novocastra) and ulex (1:800) (Vector). Morphometry was performed by 2 observers using a half-automatized program. Type II fiber predominance was observed in both gender in the infantile form, type I fiber predominance in women and type II predominance in men with LO. Increase of the capillary density, in comparison to controls was noticed in both forms. 90% of vacuolated fibers with complete distortion of fiber architecture were demonstrated in I cases, while in LO, the percentage of vacuolated fibers ranged from 0 to 88%. As some constitutive gene, like ACE, influence muscle fiber distribution, its polymorphisms I/I, D/D and I/D gene were analyzed. Absence of agreement was observed between ACE genotype and fiber type distribution in 60% of I and LO cases, which was attributed as consequence of Pompe disease pathology itself. The disease severity varied inversely to the amount of residual GAA enzymatic activity, being compatible with the patient clinical findings. The presence of deleterious mutation in both alleles was observed in 3/10 infantile cases, and all 3 presented total enzyme absence at WB. A greater fiber type II involvement was observed in GSDII, without decrease in muscle capillary density. Recent studies demonstrated that glycogen deposit removal occurs distinctively in different fiber types, being less efficient in type II fibers. The present findings might have implications in the reply to the recent proposed enzyme replacement therapy.

A doença de Pompe (GSDII), autossômica recessiva, é causada pela deficiência da enzima lisossomal que degrada o glicogênio, -glucosidase ácida (GAA). O quadro clínico varia de acordo com a idade de início da doença, grau de progressão e envolvimento dos tecidos: predominantemente cardíaco e muscular esquelético na forma de início-precoce (FIP) e mais restrito no músculo esquelético na forma de início-tardio (FIT). A sobrevida média na FIP é de 9-12 meses. Com avanço dos métodos histológicos, histoquímicos e imunoistoquímicos intensificou-se a análise estrutural e funcional dos tipos de fibras musculares. O estudo da vascularização também é de importância pelo aporte nutricional e funcional das fibras. O objetivo do presente trabalho é analisar a correlação da distribuição do tipo de fibras com a forma de apresentação clínica da doença de Pompe, seu genótipo correspondente e a quantidade residual da enzima GAA. Analisou-se 10 biópsias musculares de pacientes FIP e 09 de FIT comparados com o grupo controle, pareados por idade e gênero. Os pacientes foram selecionados segundo dados clínicos e laboratoriais, sendo feito o seqüenciamento de toda parte codificante do gene e Western Blotting (WB) com anticorpo monoclonal 15362-157, cedido pela Genzyme (primário 1:200 e secundário 1:10.000). A confirmação do diagnóstico foi feita através da medida da atividade residual de GAA em papel filtro, da presença de miopatia vacuolar com grânulos PAS e fosfatase ácida positivos em biópsia muscular e pela presença de mutação no gene GAA. A reação de imunoistoquímica foi realizada para fibras tipo I (lenta), tipo II (rápida) e densidade capilar (ulex), utilizando anticorpos monoclonais, respectivamente: antimiosina lenta (1:80), anti-miosina rápida (1:40) da Novocastra e ulex da Vector (1:800). A contagem das fibras foi realizada por 2 observadores em todo fragmento do corte transversal da biópsia com auxílio de um programa semi-automatizado. Observou-se predomínio de fibras tipo II em ambos os gêneros na FIP e predomínio de fibras tipo I em mulheres e tipo II em homens, na FIT. Aumento da densidade capilar, em comparação com os controles, foi notada em ambas as formas IP e IT. Verificou-se em média 90% de fibras vacuoladas nos casos FIP com completa distorção da arquitetura, enquanto na FIT, a porcentagem de fibras vacuoladas foi variável (0-88%). Como alguns genes constitutivos influenciam na distribuição das fibras musculares, como o gene ACE, o polimorfismo deste gene foi analisado quanto aos genótipos I/I, D/D e I/D. Observou-se ausência de concordância entre o genótipo do ACE e a distribuição de fibras em 60% dos casos da FIP e FIT, atribuindo-se o resultado da distribuição do tipo de fibras como parte da patologia da doença de Pompe. A gravidade da doença variou inversamente com a quantidade de enzima residual, sendo compatível com o quadro clínico do paciente. A presença de mutação deletéria em ambos os alelos foi observada em 3/10 casos de IP, sendo que todos os 3 casos apresentaram ausência total de enzima no WB. Há maior envolvimento de fibras tipo II em GSDII, sem depleção da microcirculação muscular. Estudos demonstram que a remoção do depósito de glicogênio ocorre diferencialmente nos tipos de fibra, sendo menos eficiente nas fibras tipo II. O achado do presente estudo poderá ter implicações na resposta à recente terapêutica proposta por reposição enzimática. / The glycogen storage disease type II (GSDII), autosomal recessive disorder, is caused by the deficiency of GAA (acid -glucosidase) a lysossomal enzyme that degrades the glycogen. The clinical findings are in accordance to great variability of age onset, degree of disease progression and extent of tissue involvement: predominantly cardiac and skeletal muscle in the infantile form (I) and more restricted to the skeletal muscle in the late-onset form (LO). The average survival time of the infantile form is 9-12 months. With advances of the histological, histochemical and imunohistochemical methods structural and functional analysis of muscle fiber types were intensified. The study of the capillary density is also important for nutritional and functional aspects. The objective of the present work is to analyze the correlations of the fiber type distribution to clinical presentation, genotype and residual GAA enzymatic activity. We analyzed 10 muscle biopsies of infantile and 09 of late-onset patients and compared to age and gender matched controls. The patients were selected according to clinical and laboratorial data, molecular diagnosis by full gene sequencing, and Western Blotting (WB) with monoclonal antibody 15362-157, courtesy Genzyme Science Group (primary 1:200 and secondary 1:10.000). Diagnostic confirmation was made by GAA enzymatic measurement in DBS, presence of vacuolar myopathy in muscle biopsy, and presence of mutation in GAA gene. The imunohistochemical study was carried out by detection of type I (slow), type II (fast) fibers and capillaries, using monoclonal antibodies, respectively: anti-slow myosin (1:80), anti-fast myosin (1:40) (Novocastra) and ulex (1:800) (Vector). Morphometry was performed by 2 observers using a half-automatized program. Type II fiber predominance was observed in both gender in the infantile form, type I fiber predominance in women and type II predominance in men with LO. Increase of the capillary density, in comparison to controls was noticed in both forms. 90% of vacuolated fibers with complete distortion of fiber architecture were demonstrated in I cases, while in LO, the percentage of vacuolated fibers ranged from 0 to 88%. As some constitutive gene, like ACE, influence muscle fiber distribution, its polymorphisms I/I, D/D and I/D gene were analyzed. Absence of agreement was observed between ACE genotype and fiber type distribution in 60% of I and LO cases, which was attributed as consequence of Pompe disease pathology itself. The disease severity varied inversely to the amount of residual GAA enzymatic activity, being compatible with the patient clinical findings. The presence of deleterious mutation in both alleles was observed in 3/10 infantile cases, and all 3 presented total enzyme absence at WB. A greater fiber type II involvement was observed in GSDII, without decrease in muscle capillary density. Recent studies demonstrated that glycogen deposit removal occurs distinctively in different fiber types, being less efficient in type II fibers. The present findings might have implications in the reply to the recent proposed enzyme replacement therapy.