Neuropathic (NP) pain is a debilitating form of chronic pain that can result from a variety of disease states that target the sensory nervous system. NP pain can manifest as burning or shooting pain, and is commonly refractory to traditional analgesics including opioids. Clinically used opioids target the mu opioid receptors (MORs); preclinical reports, however, suggest that the delta opioid receptor (DOR) may be a valid target. It is now accepted that MORs and DORs oligomerize in heterologous expression systems and exhibit novel pharmacology distinct from their monomers. This research aimed to utilize both functional and molecular evidence to identify if a heteromeric mu-delta opioid receptor oligomer (M/DOR) forms in vivo and whether it is upregulated in NP pain. In an animal model of NP pain, animals displayed characteristic behaviours including protecting of the ipsilateral hindpaw from environmental stimuli, and mechanical allodynia in this paw. Behavioural studies reported that acute injection of DOR- selective agonists that bind M/DOR produced enhanced thermal antinociception and reversed mechanical allodynia in NP rats. DOR agonists that have low binding affinity for M/DOR did not produce enhanced thermal antinociception but did reverse mechanical allodynia in NP rats. Molecular studies were employed to characterize the molecular species of ORs in the lumbar spinal cord. Isolated spinal cord membranes were subjected to coimmunoprecipitation with a M/DOR antibody. Co-immunoprecipitation was unable to conclusively identify changes in M/DOR levels in the dorsal horn but did confirm that such a species exists in vivo. Furthermore, antibody characterization was completed to determine if the commercial antibodies used were labeling the appropriate OR proteins. HEK293T cells transfected with MOR and/or DOR plasmids were used in Western blotting and immunocytochemistry protocols to test commercially available antibodies. These studies determined that MOR and DOR antibodies do label their respective OR type, but also recognize additional proteins (non-specifically) in Western blotting protocols. In conclusion, behavioural studies revealed a putative role for M/DOR agonists in the treatment of NP pain; however, more sensitive tools and protocols must be developed before molecular experiments are able to identify quantifiable changes with endogenous M/DORs. / Thesis (Master, Pharmacology & Toxicology) -- Queen's University, 2009-09-24 12:43:58.472

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:03:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9269_1.pdf: 950140 bytes, checksum: 00ee09494d32238ea97fcbdef83111fd (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Foram investigadas as influências do eletrólito de suporte e do ânodo de sacrifício nas reações de homo-acoplamento de 2-bromopiridinas metil substituídas e da 2-bromo piridina. O NiBr2 foi usado como catalisador, DMF como solvente, Zn ou ferro como ânodo de sacrifício, sais de alquilamônio e iodeto de sódio como eletrólitos de suporte, em célula não-dividida e a temperatura ambiente. Para isto foi realizado o acompanhamento das reações com diversas condições experimentais. Nas reações em que utilizou-se ânodo zinco, foi observado uma etapa de transmetalação redutiva que leva à formação de intermediários organozinco, que por sua vez, são lentamente consumidos através da reação de transmetalação com o próprio complexo de níquel, presente na solução, seguido de uma posterior reação de disproporcionamento do intermediário de Ni, que dá continuidade ao processo de homo-acoplamento. O processo de transmetalação do organozinco é dificultado pela presença de sais de alquilamônio em altas concentrações, o que não ocorre quando se utiliza iodeto de sódio, sendo este último mais eficiente no homoacoplamento. Melhores resultados foram obtidos quando o ferro foi usado como ânodo de sacrifício, corroborando resultados da literatura. O método eletrorredutivo catalisado por complexo de níquel foi aplicado no hetero-acoplamento de halo-piridinas. A presença do bromo em ambos os reagentes melhoraram os rendimentos da reação de forma considerável, foi constatado ainda que a concentração do catalisador não afeta de forma significativa o rendimento, nem a adição lenta de um dos reagentes durante a reação, como sugerido para algumas reações de hetero-acoplamento eletrorredutivo de haletos de arila. Os melhores resultados obtidos, foram muito próximos do resultado estatístico (50% de produto assimétrico

The photovoltaic energy conversion system (PV cells or solar cells) has been researched over the last few decades, and new technologies have been proposed. At the same time, the synthesis of nano-scale materials has been investigated intensively from the 1990s. These new types of materials encourage the development of new PV technologies with extensive research. Dye-sensitized solar cells (DSSCs) can be a part of these efforts. Since first presented in 1991, DSSCs have become the center of attention due to their great advantages to the traditional silicon solar cells. However, it remains a challenge to develop better performing DSSCs since the efficiency of DSSCs is still much lower than that of high performance solar cells. To meet this challenge, the different types of TiO2 nanostructures in DSSCs have been studied. This thesis presents the synthesis of TiO2 hetero-structures. These structures can achieve two important factors in DSSCs. One is the electron pathway for high electron transport rate, and the other is the large surface area for the dye absorption. TiO2 hetero-structures were successfully synthesized by using a simple thermal annealing method. The synthesis method required neither a high reaction temperature nor complicated reaction processes and produced dense TiO2 nanowires and incorporating TiO2 nanoparticles with relatively short reaction time. The key parameters of growing 1-D TiO2 nanostructures were the Cu eutectic catalyst, the reaction temperatures, and the annealing time. The repetition time and the reaction temperatures were important factors for incorporating TiO2 nanoparticles. The structure and composition of as-grown samples were analyzed using an x-ray diffractometer, a scanning electron microscope, a field emission scanning electron microscope, a transmission electron microscope and an ultraviolet-visible spectroscopy. The results showed they were crystalline structures in rutile phase of TiO2. From this research, we can utilize hetero-structures as an electrode of DSSCs. We also expect that our simple and effective synthesis method can be used for growing other kinds of metal oxide nanostructures, especially for those melting temperature are high.

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SILVA, Jusciane da Costa e. Confinamento quântico em hetero-estruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. 2008. 161 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-08T19:06:12Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_jcsilva.pdf: 13619378 bytes, checksum: a3f4c7764a488787096097d7d5a0ac01 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-08T19:07:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_jcsilva.pdf: 13619378 bytes, checksum: a3f4c7764a488787096097d7d5a0ac01 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-08T19:07:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_jcsilva.pdf: 13619378 bytes, checksum: a3f4c7764a488787096097d7d5a0ac01 (MD5) Previous issue date: 2008 / Os materiais semicondutores são responsáveis pelo grande desenvolvimento na indústria eletrônica e surgimento de novas tecnologias. O conceito de hetero-estrutura deu um grande impulso à física do estado sólido. É impossível imaginar a moderna física do estado sólido sem hetero-estruturas semicondutoras. A física de semicondutores está atualmente concentrada no estudo dos chamados sistemas de dimensões reduzidas: poços, fios, pontos e anéis quânticos, assunto de pesquisa de dois terços da comunidade de física de semicondutores. Neste trabalho, investigaremos o confinamento dos portadores e dos excitons em hetero-estruturas de baixas dimensão; poço, ponto e anel quântico. Iniciaremos com o estudo das propriedades excitônicas de poços quânticos Si/Si_{1-x}Ge_x, considerando duas possibilidades para o alinhamento de banda: tipo-I, onde os portadores de cargas, elétron e buraco, estão confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estão espacialmente localizados em materiais diferentes. Usaremos um Hamiltoniano que, na aproximação da massa efetiva, leva em conta a existência de interfaces não abruptas entre os materiais que compõe o sistema. Nos sistemas tipo-I, observamos que a energia do exciton sofre um aumento quando consideramos campos elétricos aplicados. Já em sistemas tipo-II, o campo magnético afeta bem mais o confinamento do elétron do que o do buraco. Investigamos alguns fenômenos nos anéis quânticos, como: impurezas, efeitos geométricos, rugosidade e anéis duplos. Calculamos os níveis de energia do elétron em anéis quânticos considerando um campo magnético perpendicular, levando em conta um modelo realístico, que consiste em anéis com barreiras e potenciais finitos, não limitado a pequenas pertubações. Quando consideramos a presença de uma impureza no anel quântico, há uma quebra de simetria no sistema e consequetemente as oscilações Aharanov-Bohm (AB) são anuladas. Entretanto, para duas impurezas, as oscilações AB são recuperadas se as distâncias entre as impurezas e o plano forem iguais, no caso das impurezas positivas e para impurezas negativas as oscilações são recuperadas independente das posições das impurezas. A existência de interfaces rugosas é responsável por um considerável deslocamento nas energias dos portadores. Além disso, a degenerescência nos pontos de transição do momento angular nas oscilações AB é levantada quando consideramos superfícies rugosas, em casos especiais, as oscilações AB nas energias do estado fundamental pode ser anuladas. Fizemos também um estudo teórico da energia dos portadores em pontos quânticos tipo-I e tipo-II, além de um estudo em pontos quânticos duplos $InGaAs/GaAs$ analisando o efeito de afastamento entre os pontos e considerando dois tipos de acoplamento: lateral e vertical. A equação de Schodinger em três dimensões, na aproximação da massa efetiva, é resolvida para elétrons e buracos a partir de um método de evolução temporal da função de onda. Observamos que as curvas do Stark shift das energias de ligação e total do exciton em pontos quânticos Si/Si_{0.85}Ge_{0.15} tipo-I são assimétricas devido à existência de um dipolo elétrico intrínseco nestes sistemas. No entanto, quando consideramos o efeito de um campo magnético paralelo ao plano, o Stark shift torna-se mais simétrico. No caso dos pontos duplos, vimos que a energia de confinamento do elétron em pontos quânticos acoplados lateralmente, quando consideramos os raios dos pontos iguais, degeneram à medida que a distância entre os pontos aumenta. Entretanto, quando os raios dos pontos são diferentes, essas energias não têm mudanças significativas. Para o caso do acoplamento vertical, o comportamento é semelhante ao dos pontos lado a lado: Para raios iguais em ambos os pontos quânticos, os pares de estados tornam-se degenerados à medida que a distância entre os pontos aumenta, o que não acontece quando consideramos o caso de pontos com raios diferentes.

Septinas constituem uma família conservada de proteínas de citoesqueleto pertencentes à superclasse das P-loop GTPases. Tais proteínas estão envolvidas em vários processos celulares. Em humanos, algumas septinas também estão relacionadas a casos de patologia. Suas seqüências são divididas em três domínios: domínio N-terminal, domínio GTPase e domínio C-terminal, que geralmente possui predição de coiled coil. A principal característica da família está na capacidade de seus membros formarem filamentos compostos por septinas diferentes. Em 2007, Sirajuddin et al apresentaram a primeira e única estrutura cristalográfica de um complexo de septinas, formado pelas septinas 2, 6 e 7. Embora os domínios C-terminal estivessem presentes, eles não apresentaram densidade eletrônica. Assim, a estrutura não trouxe informação estrutural sobre tais domínios. Atualmente, existem quatro estruturas de septinas depositadas no PDB: complexo 2/6/7 e três estruturas SEPT2 sem o C-terminal. Dada a inexistência de informações estruturais a nível atômico para os domínios C-terminal e baixa qualidade das poucas estruturas existentes, propusemos a obtenção de informações bioquímicas e estruturais dos domínios C-terminal de septinas humanas e a obtenção da estrutura cristalográfica de SEPT3-GC (GTPase mais C-terminal). Vale ressaltar que SEPT3 pertence ao único grupo de septinas que possui predição de não apresentar um coiled coil no C-terminal e para o qual não há nenhuma estrutura disponível. Expressamos e purificamos os domínios C-terminal de SEPT2, SEPT6 e SEPT7 (SEPT2-C, SEPT6-C e SEPT7-C). Mostramos que eles formam homo dímeros e que SEPT6-C e SEPT7-C formam um hetero dímero (KD 15,8 nM), nomeado por SEPT67-C. Tanto SEPT6-C quanto SEPT7-C tendem a precipitar, ao passo que SEPT67-C e SEPT2-C (KD 4 μM) são estáveis à altas concentrações. Tentamos, sem sucesso, cristalizar SEPT2-C e SEPT67-C. Via ressonância magnética nuclear, vimos que SEPT2-C possui duas regiões dinamicamente diferentes, uma central, em α-hélice, e duas extremidades desestruturadas. Neste ponto, planejamos construções para as regiões centrais dos domínios C-terminal, nomeadas SEPT2-CC, SEPT4-CC, SEPT6-CC e SEPT7-CC, referente às septinas 2, 4, 6 e 7. Obtivemos cristais para SEPT2-CC, SEPT4-CC e SEPT6-CC. Contudo, resolvemos apenas a estrutura de SEPT4-CC, mostrando que a construção forma um coiled coil anti-paralelo. Então, propusemos, pela primeira vez, um possível mecanismo de formação de ligações cruzadas entre filamentos de septinas. Por outro lado, obtivemos cristais para uma construção contendo os domínios GTPase e C-terminal de SEPT3 (SEPT3-GC) e resolvemos sua estrutura (2,9 Å). Vimos que SEPT3-GC forma filamentos no cristal, utilizando as mesmas duas interfaces já descritas anteriormente para as outras estruturas. Comparamos a estrutura obtida com estruturas da literatura e observamos diferenças significativas em algumas regiões, além de diferença em relação à orientação das duas subunidades adjacentes. Deve ser notado que a estrutura de SEPT4-CC é a primeira estrutura de um coiled coil de septina e que a estrutura de SEPT3-GC é a primeira estrutura de uma septina do grupo I. Em conclusão, o presente trabalho apresentou um conjunto de resultados os quais auxiliará no entendimento desta intrigante família de proteínas, inclusive em relação à formação de filamentos e as interações entre estes. / Septins are a conserved family of cytoskeletal proteins belonging to the superclass of the Ploop-GTPases, involved in various cellular processes. In humans, some septins are also linked to cases of pathology. Their sequences are divided into three domains: an N-terminal domain, a GTPase domain and a C-terminal domain, which usually is predicted to form a coiled coil. The main feature of the family is the ability of its members to form filaments composed of different septins. In 2007, Sirajuddin et al presented the first and only crystal structure of acomplex of septins, formed by septins 2, 6 and 7. Although the C-terminal domains were present, they showed no electron density, indicating disorder. Thus, this structure provides little structural information concerning their nature. Currently, there are four septin structures deposited in the PDB: the 2/6/7 complex and three structures of SEPT2 lacking the Cterminal domain . Based on the absence of structural information at atomic resolution about the C-terminal domains and the low quality of the few existing structures we set out to characterize both biochemically and structurally the C-terminal domains of selected human septins as well as to obtain the crystal structure of SEPT3-GC (a construct containing the GTPase and C-terminal domains). It is noteworthy that SEPT3 belongs to the only group of septins that are predicted to lack the C-terminal coiled coil and for which no crystal structure is available. We have expressed and purified the C-terminal domains of SEPT2, SEPT6 and SEPT7 (SEPT2-C, SEPT6-C and SEPT7-C). We show that they form homo-dimers and that SEPT6-C and SEPT7-C form a hetero-dimer (KD 15.8 nM), SEPT67-C. Both SEPT6-C and SEPT7-C were unstable, but SEPT67-C and SEPT2-C (KD 4 μM) were both stable at high concentrations. NMR measurements showed that SEPT2-C has two dynamically different regions, a central one which is -helical, and two extremities which are unstructured. Constructs were designed for the central regions of the C-terminal domains of septins 2, 4, 6 and 7 (SEPT2-CC, SEPT4-CC, SEPT6-CC and SEPT7-CC). We have obtained crystals of SEPT2-CC, SEPT4-CC and SEPT6-CC and have solved the structure of SEPT4-CC which unexpectedly is observed to form an anti-parallel coiled coil. We use this observation to propose, for the first time, a possible mechanism for the formation of cross-links between septin filaments. Crystals were obtained for SEPT3-GC its structure solved at 2.9 Å. We observe that SEPT3-GC forms filaments in the crystal, employing the same two interfaces previously described for other structures. We compare the structure obtained with those from the literature and observe significant differences in some regions of the molecule as well as differences in the relative orientation of the subunits. It should be noted that the structure of SEPT4-CC is the first structure of a septin coiled coil and that the structure of SEPT3-GC is the first structure of a septin from group I. In conclusion, this study presentsm results which will assist in the understanding of this intriguing protein family, including observations pertinent to filament formation and cross-linking.

Septinas compreendem uma conservada família de proteínas de ligação a nucleotídeo de guanina e formação de heterofilamentos. Em termos estruturais, elas possuem uma organização comum: um domínio GTPase central, uma região N-terminal e um domínio C-terminal, este último é predito para formar estruturas em coiled coil. Atualmente, o heterocomplexo de septinas humanas (SEPT2/SEPT6/SEPT7) mais bem caracterizado revela a importância do domínio GTPase na formação do filamento, todavia a ausência de densidade eletrônica para os domínios C-terminais faz com que sua função permaneça obscura. Estudos com septinas de mamíferos, e de outros organismos como C. elegans e S. cerevisea sugerem que alguns grupos de septinas (por exemplo, II e IV em mamíferos) interagem através de seus domínios C-terminais, e estes poderiam atuar de modo determinante para a montagem correta do filamento. Assim, o presente projeto objetivou estudar a afinidade homo/heterotípicas para os domínios C-terminais das septinas humanas dos grupos II (SEPT6C/8C/10C/11C) e IV (SEPT7C), investigando se esses domínios contribuem para preferência das septinas interagirem com proteínas de grupos distintos durante a formação do heterofilamento. Os domínios C-terminais foram expressos em E. coli e purificados. Foram conduzidos estudos de ultracentrifugação analítica e espectropolarimetria de dicroísmo circular, que permitiram identificar maior afinidade e estabilidade da associação heterotípica comparada à homotípica. Foram obtidas constantes de dissociação aparente para homodímeros em torno de baixo µM, enquanto que para heterodímeros os dados já existentes no grupo revelaram constante de dissociação na ordem de nM. Para entender os fatores no nível atômico responsáveis pela significativa predileção na interação entre os domínios C-terminais dos grupos II e IV foram realizados estudos utilizando modelagem e análise das sequências primárias. As análises sugerem a presença de um alto número de resíduos carregados na posição a do coiled coil como responsável pela seletividade. Consequentemente, o heterodímero seria favorecido em virtude do menor efeito repulsivo proveniente do intercalamento dos resíduos carregados em a. Desse modo, os resultados indicaram a atuação decisiva ou cooperativa dos domínios C-terminais na organização preferencial das septinas durante a formação do filamento, favorecendo a interface NC entre septinas dos grupos II e IV. / Septins comprise a conserved protein family that binds guanidine nucleotide and forms heterofilaments. In structural terms they have a common organization: a central GTPase domain, a N-terminal domain and a C-terminal domain, this last one is predicted to form coiled coil structures. Currently, the human septin heterocomplex best characterized (SEPT2/SEPT6/SEPT7) reveals the importance of the GTPase domain in filament assembly, however the absence of electron density for the C-terminal domains makes its function still unknown. Studies with mammals septins, and of others organisms like C. elegans and S. cerevisea suggests that some septins groups (e.g. II e IV in mammals) interact via its C-terminal domains and this could act in a determinative way to correct filament assembly. In this way, this project aimed to study the homo/heterotypical affinity for the C-terminal domains of human septins belonging to groups II (SEPT6C/8C/10C/11C) e IV (SEPT7C), investigating whether this domain contributes with the preference of septins to interact with proteins of different groups during assembly of the heterofilament. The C-terminal domains were expressed in E. coli and purificated. It was carried out studies using analytical ultracentrifugation and circular dichroism spectropolarimetry tecniques which allowed identification of major affinity and stability in the heterotypical association compared to homotypical. It was measured apparent dissociation constants for homodimers of low µM range while for heterodimers our group\'s data shows dissociation constants in the nM range. To understand at atomic level the factors responsible for this significant preference in the C-terminal domains interaction between groups II and IV was performed molecular modelling studies and analysis of the primary sequence. These analysis suggests the presence of a high number of charged residues in position a of the coiled coil as responsible for selectivity. Consequently, the heterodimer would be therefore favoured because of the minor repulsive effect coming from the staggered of charged residues in a. Thus, these results indicate the crucial or cooperative action of C-terminal domains in preferential organization of septins during filament assembly, favouring the NC interface between septins of groups II and IV.

Septinas constituem uma família conservada de proteínas de citoesqueleto pertencentes à superclasse das P-loop GTPases. Tais proteínas estão envolvidas em vários processos celulares. Em humanos, algumas septinas também estão relacionadas a casos de patologia. Suas seqüências são divididas em três domínios: domínio N-terminal, domínio GTPase e domínio C-terminal, que geralmente possui predição de coiled coil. A principal característica da família está na capacidade de seus membros formarem filamentos compostos por septinas diferentes. Em 2007, Sirajuddin et al apresentaram a primeira e única estrutura cristalográfica de um complexo de septinas, formado pelas septinas 2, 6 e 7. Embora os domínios C-terminal estivessem presentes, eles não apresentaram densidade eletrônica. Assim, a estrutura não trouxe informação estrutural sobre tais domínios. Atualmente, existem quatro estruturas de septinas depositadas no PDB: complexo 2/6/7 e três estruturas SEPT2 sem o C-terminal. Dada a inexistência de informações estruturais a nível atômico para os domínios C-terminal e baixa qualidade das poucas estruturas existentes, propusemos a obtenção de informações bioquímicas e estruturais dos domínios C-terminal de septinas humanas e a obtenção da estrutura cristalográfica de SEPT3-GC (GTPase mais C-terminal). Vale ressaltar que SEPT3 pertence ao único grupo de septinas que possui predição de não apresentar um coiled coil no C-terminal e para o qual não há nenhuma estrutura disponível. Expressamos e purificamos os domínios C-terminal de SEPT2, SEPT6 e SEPT7 (SEPT2-C, SEPT6-C e SEPT7-C). Mostramos que eles formam homo dímeros e que SEPT6-C e SEPT7-C formam um hetero dímero (KD 15,8 nM), nomeado por SEPT67-C. Tanto SEPT6-C quanto SEPT7-C tendem a precipitar, ao passo que SEPT67-C e SEPT2-C (KD 4 μM) são estáveis à altas concentrações. Tentamos, sem sucesso, cristalizar SEPT2-C e SEPT67-C. Via ressonância magnética nuclear, vimos que SEPT2-C possui duas regiões dinamicamente diferentes, uma central, em α-hélice, e duas extremidades desestruturadas. Neste ponto, planejamos construções para as regiões centrais dos domínios C-terminal, nomeadas SEPT2-CC, SEPT4-CC, SEPT6-CC e SEPT7-CC, referente às septinas 2, 4, 6 e 7. Obtivemos cristais para SEPT2-CC, SEPT4-CC e SEPT6-CC. Contudo, resolvemos apenas a estrutura de SEPT4-CC, mostrando que a construção forma um coiled coil anti-paralelo. Então, propusemos, pela primeira vez, um possível mecanismo de formação de ligações cruzadas entre filamentos de septinas. Por outro lado, obtivemos cristais para uma construção contendo os domínios GTPase e C-terminal de SEPT3 (SEPT3-GC) e resolvemos sua estrutura (2,9 Å). Vimos que SEPT3-GC forma filamentos no cristal, utilizando as mesmas duas interfaces já descritas anteriormente para as outras estruturas. Comparamos a estrutura obtida com estruturas da literatura e observamos diferenças significativas em algumas regiões, além de diferença em relação à orientação das duas subunidades adjacentes. Deve ser notado que a estrutura de SEPT4-CC é a primeira estrutura de um coiled coil de septina e que a estrutura de SEPT3-GC é a primeira estrutura de uma septina do grupo I. Em conclusão, o presente trabalho apresentou um conjunto de resultados os quais auxiliará no entendimento desta intrigante família de proteínas, inclusive em relação à formação de filamentos e as interações entre estes. / Septins are a conserved family of cytoskeletal proteins belonging to the superclass of the Ploop-GTPases, involved in various cellular processes. In humans, some septins are also linked to cases of pathology. Their sequences are divided into three domains: an N-terminal domain, a GTPase domain and a C-terminal domain, which usually is predicted to form a coiled coil. The main feature of the family is the ability of its members to form filaments composed of different septins. In 2007, Sirajuddin et al presented the first and only crystal structure of acomplex of septins, formed by septins 2, 6 and 7. Although the C-terminal domains were present, they showed no electron density, indicating disorder. Thus, this structure provides little structural information concerning their nature. Currently, there are four septin structures deposited in the PDB: the 2/6/7 complex and three structures of SEPT2 lacking the Cterminal domain . Based on the absence of structural information at atomic resolution about the C-terminal domains and the low quality of the few existing structures we set out to characterize both biochemically and structurally the C-terminal domains of selected human septins as well as to obtain the crystal structure of SEPT3-GC (a construct containing the GTPase and C-terminal domains). It is noteworthy that SEPT3 belongs to the only group of septins that are predicted to lack the C-terminal coiled coil and for which no crystal structure is available. We have expressed and purified the C-terminal domains of SEPT2, SEPT6 and SEPT7 (SEPT2-C, SEPT6-C and SEPT7-C). We show that they form homo-dimers and that SEPT6-C and SEPT7-C form a hetero-dimer (KD 15.8 nM), SEPT67-C. Both SEPT6-C and SEPT7-C were unstable, but SEPT67-C and SEPT2-C (KD 4 μM) were both stable at high concentrations. NMR measurements showed that SEPT2-C has two dynamically different regions, a central one which is -helical, and two extremities which are unstructured. Constructs were designed for the central regions of the C-terminal domains of septins 2, 4, 6 and 7 (SEPT2-CC, SEPT4-CC, SEPT6-CC and SEPT7-CC). We have obtained crystals of SEPT2-CC, SEPT4-CC and SEPT6-CC and have solved the structure of SEPT4-CC which unexpectedly is observed to form an anti-parallel coiled coil. We use this observation to propose, for the first time, a possible mechanism for the formation of cross-links between septin filaments. Crystals were obtained for SEPT3-GC its structure solved at 2.9 Å. We observe that SEPT3-GC forms filaments in the crystal, employing the same two interfaces previously described for other structures. We compare the structure obtained with those from the literature and observe significant differences in some regions of the molecule as well as differences in the relative orientation of the subunits. It should be noted that the structure of SEPT4-CC is the first structure of a septin coiled coil and that the structure of SEPT3-GC is the first structure of a septin from group I. In conclusion, this study presentsm results which will assist in the understanding of this intriguing protein family, including observations pertinent to filament formation and cross-linking.

Septinas compreendem uma conservada família de proteínas de ligação a nucleotídeo de guanina e formação de heterofilamentos. Em termos estruturais, elas possuem uma organização comum: um domínio GTPase central, uma região N-terminal e um domínio C-terminal, este último é predito para formar estruturas em coiled coil. Atualmente, o heterocomplexo de septinas humanas (SEPT2/SEPT6/SEPT7) mais bem caracterizado revela a importância do domínio GTPase na formação do filamento, todavia a ausência de densidade eletrônica para os domínios C-terminais faz com que sua função permaneça obscura. Estudos com septinas de mamíferos, e de outros organismos como C. elegans e S. cerevisea sugerem que alguns grupos de septinas (por exemplo, II e IV em mamíferos) interagem através de seus domínios C-terminais, e estes poderiam atuar de modo determinante para a montagem correta do filamento. Assim, o presente projeto objetivou estudar a afinidade homo/heterotípicas para os domínios C-terminais das septinas humanas dos grupos II (SEPT6C/8C/10C/11C) e IV (SEPT7C), investigando se esses domínios contribuem para preferência das septinas interagirem com proteínas de grupos distintos durante a formação do heterofilamento. Os domínios C-terminais foram expressos em E. coli e purificados. Foram conduzidos estudos de ultracentrifugação analítica e espectropolarimetria de dicroísmo circular, que permitiram identificar maior afinidade e estabilidade da associação heterotípica comparada à homotípica. Foram obtidas constantes de dissociação aparente para homodímeros em torno de baixo µM, enquanto que para heterodímeros os dados já existentes no grupo revelaram constante de dissociação na ordem de nM. Para entender os fatores no nível atômico responsáveis pela significativa predileção na interação entre os domínios C-terminais dos grupos II e IV foram realizados estudos utilizando modelagem e análise das sequências primárias. As análises sugerem a presença de um alto número de resíduos carregados na posição a do coiled coil como responsável pela seletividade. Consequentemente, o heterodímero seria favorecido em virtude do menor efeito repulsivo proveniente do intercalamento dos resíduos carregados em a. Desse modo, os resultados indicaram a atuação decisiva ou cooperativa dos domínios C-terminais na organização preferencial das septinas durante a formação do filamento, favorecendo a interface NC entre septinas dos grupos II e IV. / Septins comprise a conserved protein family that binds guanidine nucleotide and forms heterofilaments. In structural terms they have a common organization: a central GTPase domain, a N-terminal domain and a C-terminal domain, this last one is predicted to form coiled coil structures. Currently, the human septin heterocomplex best characterized (SEPT2/SEPT6/SEPT7) reveals the importance of the GTPase domain in filament assembly, however the absence of electron density for the C-terminal domains makes its function still unknown. Studies with mammals septins, and of others organisms like C. elegans and S. cerevisea suggests that some septins groups (e.g. II e IV in mammals) interact via its C-terminal domains and this could act in a determinative way to correct filament assembly. In this way, this project aimed to study the homo/heterotypical affinity for the C-terminal domains of human septins belonging to groups II (SEPT6C/8C/10C/11C) e IV (SEPT7C), investigating whether this domain contributes with the preference of septins to interact with proteins of different groups during assembly of the heterofilament. The C-terminal domains were expressed in E. coli and purificated. It was carried out studies using analytical ultracentrifugation and circular dichroism spectropolarimetry tecniques which allowed identification of major affinity and stability in the heterotypical association compared to homotypical. It was measured apparent dissociation constants for homodimers of low µM range while for heterodimers our group\'s data shows dissociation constants in the nM range. To understand at atomic level the factors responsible for this significant preference in the C-terminal domains interaction between groups II and IV was performed molecular modelling studies and analysis of the primary sequence. These analysis suggests the presence of a high number of charged residues in position a of the coiled coil as responsible for selectivity. Consequently, the heterodimer would be therefore favoured because of the minor repulsive effect coming from the staggered of charged residues in a. Thus, these results indicate the crucial or cooperative action of C-terminal domains in preferential organization of septins during filament assembly, favouring the NC interface between septins of groups II and IV.