Thesis advisor: Mary F. Roberts / Thesis advisor: Steven D. Bruner / The bacterial phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PI-PLC) from <italic>Bacillus thuringiensis</italic> is specifically activated by low concentrations of a non-substrate lipid, phosphatidylcholine (PC), presented as an interface. However, if the PC concentration in the interface is too high relative to substrate, the enzyme exhibits surface dilution inhibition. Understanding this bacterial enzyme, which shares many kinetic features with the larger and more complex mammalian PI-PLC enzymes, requires elucidating the mechanism for PC activation and inhibition. Various techniques were applied to study the interaction of the protein with vesicles composed of both the activator lipid PC and the substrate lipid (or a nonhydrolyzable analogue). Fluorescence correlation spectroscopy (FCS), used to monitor bulk partitioning of the enzyme on vesicles, revealed that both the PC and the substrate analogue are required for the tightest binding of the PI-PLC to vesicles. Furthermore, the tightest binding occurred at low mole fractions of substrate-like phospholipids. Field cycling <super>31</super>P NMR (fc-P-NMR) spin-lattice relaxation studies provided information on how bound protein affects the lipid dynamics in mixed substrate analogue/PC vesicles. The combination of the two techniques could explain the enzyme kinetic profile for the PC activation and surface dilution inhibition: small amounts of PC in an interface enhanced PI-PLC binding to substrate-rich vesicles while high fractions of PC tended to sequester the enzyme from the bulk of its substrate leading to reduced specific activity. FCS binding profiles of mutant proteins were particularly useful in determining if a specific mutation affected a single or both phospholipid binding modes. In addition, an allosteric PC binding site was identified by fc-P-NMR and site directed spin labeling. A proposed model for PC activation suggested surface-induced dimerization of the protein. Experiments in support of the model used cysteine mutations to create covalent dimers of this PI-PLC. Two of these disulfide linked dimers, formed from W242C or S250C, exhibited higher specific activities and tighter binding to PC surfaces. In addition, single molecule total internal reflection fluorescence microscopy was used to monitor the off-rate of PI-PLC from surface tethered vesicles, providing us with a direct measure of off-rates of the protein from different composition vesicles. / Thesis (PhD) — Boston College, 2009. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Fosfolipases A2 miotóxicas (Lys49, enzimaticamente inativa, e Asp49, com atividade) isoladas do veneno de Bothrops asper, induzem hipernocicepção. Assim, avaliamos os mecanismos estruturais, moleculares e mediadores centrais envolvidos neste efeito. A injeção intraplantar das FLA2s acarretou hiperalgesia, enquanto que apenas a FLA2-Asp49 induziu alodinia. A região C-terminal é a responsável pelo efeito da FLA2-Lys49, enquanto que a atividade catalítica da FLA2-Asp49 parece ser responsável pela indução de hipernocicepção. Canais de Ca2+ e Na+ participam deste efeito. Na medula espinhal, receptores NK1 e para CGRP, receptores ionotrópicos para glutamato, NO, IL-1, prostanóides e adenosina participam da hiperalgesia induzida pelas FLA2s. Adicionalmente, receptores metabotrópicos para glutamato e o TNF?, estão envolvidos na hiperalgesia induzida pela FLA2-Asp49. Receptores NK1 e NK2 e para CGRP, receptores para glutamato, TNF? e prostanóides medeiam a alodinia. A ativação de astrócitos e microglia, na medula espinhal, contribui para a gênese do efeito hipernociceptivo. / Phospholipase A2 (Lys49, catalytically-inactive and Asp49, catalytically active), isolated from Bothrops asper snake venom, induce pain. The present studies examined the molecular, structural and central mechanisms involved in hypernociception induced by both PLA2s. These PLA2s induced mechanical hyperalgesia, whereas only PLA2-Lys49 evoked allodynia. The C-terminal region of the PLA2-Lys49 seems to be responsible for hyperalgesia, whereas the enzymatic activity of PLA2-Asp49 contributes to such an effect. Calcium and sodium channels are involved in PLA2s-induced hyperalgesia. In the spinal cord, NK1 and CGRP receptors, glutamate ionotropic receptors, NO, IL-1, prostanoids and adenosine contribute to hyperalgesia caused by PLA2s. Additionally, metabotropic glutamate receptors and TNF are involved in hyperalgesia induced by PLA2-Asp49. NK1, NK2 and CGRP receptors, glutamate receptors, TNF and prostanoids mediate allodynia. Activation of spinal astrocytes and microglia contribute to the generation of hyperalgesia and allodynia induced by both toxins.

As fosfolipases A2 secretadas (sFLA2) de veneno de serpente apresentam homologia estrutural e funcional com as sFLA2s do GIIA de mamíferos, cujos níveis estão elevados em doenças inflamatórias, como a aterosclerose. Nesta doença, as células de músculo liso vascular (CMLVs) acumulam corpúsculos lipídicos (CLs) e se diferenciam em células espumosas. Porém, o papel das sFLA2s neste fenômeno não é conhecido. Neste estudo foram avaliados os efeitos das FLA2 MT-III, cataliticamente ativa, e da BthTx-II, sem atividade catalítica, em CMLVs, com ênfase na formação de CLs e a participação de fatores da homeostasia lipídica. Os resultados obtidos demonstraram que a MT-III e a BthTx-II induziram a formação de CMLVs espumosas. Para tanto, estas enzimas recrutaram diferentes fatores envolvidos na síntese e acúmulo de lipídios. Nesta condição, os CLs constituem um local de síntese de prostaglandinas. Ainda, a MT-III induziu a diferenciação de CMLVs para fenótipo e função de macrófagos. A atividade catalítica não é relevante para a formação de CLs induzida por FLA2s. / Bothrops snake venom secreted phospholipases A2 (sPLA2s) share structural and functional features with mammalian GIIA sPLA2s, which are highly expressed during inflammatory diseases, such as atherosclerosis. In this disease, vascular smooth muscle cells (VSMCs) are loaded with lipid droplets (LDs) differentiating into foam cells. However, the role of these enzymes in this process is still unknown. In this study the effects of snake venom PLA2s MT-III with catalytic activity and BthTx-II, devoid of catalytic activity in VSMCs, with focus on LDs formation and mechanisms involved were investigated. Results here obtained show that both MT-III and BthTx-II induce formation of foam VSMCs and recruit distinct factors of synthesis and storage of lipids in these cells. In this condition, LDs constitute sites for synthesis of prostaglandins. Moreover, MT-III showed the ability to modulate VSMCs functions, leading them to a phenotipic switch to macrophage-like cells. In addition, the catalytic activity is not relevant to sPLA2-induced LDs formation.

A fosfolipase A2 (PLA2) é uma enzima chave no metabolismo dos fosfolípides de membrana e é um dos principais componentes envolvidos na sinalização celular. Alterações da atividade da PLA2 tem sido descritas no cérebro e no sangue (soro, plasma e plaquetas) de pacientes com diversas doenças neuropsiquiátricas. Neste estudo foi desenvolvido um ensaio radioenzimático para detectar em plaquetas, a atividade dos três principais grupos de PLA2, que são PLA2 secretórias ou PLA2 extracelular dependente de Ca 2+ (sPLA2); PLA2 citósólicas dependentes de Ca 2+ (cPLA2) e as PLA2 intracelulares independentes de Ca 2+ (iPLA2). Para confirmar a presença desses grupos da enzima em plaquetas, algumas variáveis foram testadas, como as diferenças de preferência ao ácido graxo como substrato, o requerimento de cálcio e a inibição seletiva com os inibidores Bromoenol lactone (BEL) e o Methyl Arachidonyl Fluorophosphonate (MAFP). Os resultados obtidos demonstram a presença dos três principais grupos de PLA2 (sPLA2, cPLA2, and iPLA2) em plaquetas. Estes achados sugerem o uso de plaquetas, uma amostra biológica de fácil acesso, como possível modelo periférico de neurônios para o estudo do metabolismo de fosfolípides. / Phospholipase A2 (PLA2) is a key-enzyme in the metabolism of membrane phospholipids and is one of the major components involved in cell signaling. Alterations of PLA2 activity have been reported in brains and blood cells in several neuropsychiatric diseases. In this study we developed a radio-enzymatic assay to detect in platelets the activity of the three main groups of PLA2, which are secretory PLA2 or extracellular calcium dependent PLA2 (sPLA2), cytosolic calcium dependent PLA2 (cPLA2) and intracellular calcium independent PLA2 (iPLA2). To confirm the presence of these PLA2 groups some variables were tested, such as differences in the preferred fatty acid substrate, calcium dependence, and selective inhibition with Bromoenol lactone (BEL) and Methyl Arachidonyl Fluorophosphonate (MAFP). Our findings demonstrate the presence of the three main groups of PLA2 (sPLA2, cPLA2, and iPLA2) in platelets. In addition, this study is in line with others suggesting that platelets, a typical biological sample, can be used as a peripheral model for neurons.

A crotoxina é a toxina mais abundante e ativa do veneno da cascavel brasileira Crotalus durissus terrificus. É composta por duas sub-unidades ligadas não covalentemente. A sub-unidade ácida é enzimaticamente inativa e não possui toxicidade, é também conhecida como crotapotina e potencializa a ação da fosfolipase A2 (sub-unidade básica). Alguns autores atribuem à crotoxina um efeito citotóxico e sugerem seu uso como um agente terapêutico contra tumores. Neste trabalho, foi investigada a citotoxidade da crotoxina e suas subunidades em células de melanoma murino e fibroblastos. Os ensaios de indicam que a crotoxina é tóxica para as células de melanoma promovendo a morte até em concentrações mais baixas enquanto os fibroblastos foram afetados somente em concentrações mais altas. Ensaios com as subunidades mostraram que a fosfolipase A2 foi mais tóxica para as células de melanoma que para os fibroblastos. / Crotoxin is the most abundant and active toxin from the venom of the Brazilian rattlesnake Crotalus durissus terrificus. It is composed of two subunits non covalently linked. One acidic with no enzymatic or toxic activity, known as crotapotin, which enhances the phospholipase A2 (basic subunit) action. Some authors have also attributed to this toxin a direct cytotoxic effect, and have suggested its use as a therapeutical agent against tumoral cells. In the present work, we investigated the cytotoxic effect of crotoxin and its subunitis on murine melanoma cells and fibroblasts. Our results indicate that crotoxin is highly toxic to the melanoma cells inducing cell death even at the lowest concentration while the fibroblast were only affected with the higher concentrations. The subunits assays showed that the phospholipase A2 had a higher toxicity on melanoma cells than on fibroblasts.

A ação de fosfolipases A2 (FLA2s): miotoxinas (MTs) ?II e III, isoladas de Bothrops asper (VBa) e CB2, de Crotalus durissus terrificus (VCdt) e os venenos brutos, sobre a expressão de ciclooxigenases (COXs) e síntese de prostaglandina (PG) E2 e PGD2 foi avaliada. As MTs e VBa mas não CB2 e nem VCdt induziram a expressão de COX-2 por leucócitos. Em estudos in vitro ocorreram a liberação de PGs e expressão de COX-2, após a incubação de macrófagos (M?s) com FLA22s e, de neutrófilos (N?s) e M?s, com VBa. A CB2 induziu somente a liberação de PGs. A inibição de FLA2 citosólica (cFLA2), diminuiu os níveis de PG induzidos pelas MTs, mas não pela CB2, e não afetou a expressão de COX-2 induzida pelas MTs. O envolvimento do NF-?kB na expressão de COX-2 foi mostrado com inibidores. Em conclusão, MTs, CB2 e VBa estimulam a síntese de PGs in vivo e in vitro e MTs e VBa, mas não CB2, induzem a expressão de COX-2. O VCdt não afeta estes parâmetros. O efeito das MTs sobre a expressão de COX-2 e PGs é mediado pelo NF-kB e pela cFLA2, respectivamente. Os efeitos de CB2 na produção de PGs são independentes de cFLA2s e COX-2. O fato da MT-II ser destituída de atividade enzimática sugere que a atividade catalítica per se, não seja relevante para os efeitos observados. / Action of the phospholipase A2 (PLA22): myotoxins (MTs) -II and -III, from Bothrops asper (BaV) and CB2, from Crotalus durissus terrificus (CdtV) and these venoms on cyclooxygenases (COXs) and synthesis of prostaglandins (PGs) E2 and D2 were studied in vivo and in vitro. Intraperitoneal injection of sPLA22s and BaV but not CdtV released PGD2 and PGE2. MTs and BaV but neither CB2 nor CdtV induced expression of COX-2 by leukocytes. Release of PGs and expression of COX-2 occurred in vitro after incubation of macrophages (M?s) with PLA2 and neutrophils (N?) and M?s with BaV. CB2 induced only PGs release. Inhibition of cytosolic PLA2 (cPLA2), reduced PG levels caused by MTs, but not by CB2 while did not affect MTs-induced COX-2 expression. Involvement of NF-kB in COX-2 was showed using with inhibitors. In conclusion MTs, CB2 and BaV stimulate the synthesis of PGs in vivo and in vitro and MTs and BaV, but not CB2, induce COX-2 expression. VCdt does not affect these parameters. Effect of MTs on COX-2 is mediated by NF-kB, and on PGs by cPLA2. Effects of CB2 on PGs are independent of cPLA2 and OX-2. Since MT-II lacks catalytic activity the PLA2 activity per se is not relevant for activation of this cascade.

As fosfolipases A2 (EC 3.1.1.4) catalisam a hidrólise das ligações ácido-éster na posição sn-2 de glicerofosfolipídios liberando, como produto da catálise, ácidos graxos e lisofosfolipídios. Membros da sub-família de fosfolipases A2-Lisina49 (PLA2-Lys49), isolados de venenos de serpentes Viperidae mostram uma substituição do resíduo de aspartato na posição 49 por uma lisina, com a eliminação concomitante da atividade hidrolítica contra fosfolipídeos. Apesar da ausência de atividade catalítica, as PLA2-Lys49 apresentam propriedades farmacológicas variadas incluindo miotoxicidade, e danifica membranas artificiais por um mecanismo Ca2+-independente, que não envolve hidrólise de fosfolipídeos. As PLA2-Lys49 formam homodímeros em solução, e estudos cristalográficos e espectroscópicos de Bothropstoxina-I, uma PLA2-Lys49 do veneno de Bothrops jararacussu, revelaram que a transição na estrutura quaternária do dímero provoca a mudança de posição da região C-terminal, apoiando a sugestão do envolvimento desta região no modelo proposto de danificação da membrana Ca2+-independente. Um papel para a região Cterminal das PLA2-Lys49 também foi sugerido na atividade bactericida observada para esta proteína, e o presente estudo investiga uma possível correlação entre a atividade de danificação de membranas Ca2+-independente e o efeito bactericida. O efeito bactericida de BthTx-I e mutantes da proteína na região C-terminal foi avaliado contra bactéria Escherichia coli (K12). A BthTx-I nativa e recombinante tiposelvagem apresentaram alta atividade bactericida com uma concentração de 5 mg/mL, porém as mutantes Y117W, Y119W, K122A e F125W reduziram significativamente este efeito, mostrando uma correlação entre os determinantes estruturais das atividades bactericida e de danificação em membranas artificiais. Na tentativa de correlacionar o mecanismo de danificação de membranas artificiais com a atividade bactericida de BthTx-I contra linhagem E.coli (K12), um estudo por partição de sondas fluorescentes em compartimentos celulares específicos foi realizado. A sonda hidrofóbica N-fenil-N-naftilamina (NPN) foi utilizada para avaliar a integridade da membrana externa da bactéria e a sonda Sytox Green (SG) para avaliar a integridade da membrana citoplasmática bacteriana. A cinética de permeabilização da membrana externa é rápida e não foi influenciada por mutagênese da região C-terminal da proteína. Entretanto, a cinética de permeabilização da membrana plasmática mostrou-se lenta, com um efeito máximo de 2 horas de ação e identificou os mesmos determinantes estruturais como os identificados para a atividade bactericida de BthTx-I. Resultados obtidos pelas técnicas de citometria de fluxo e microscopia eletrônica de transmissão auxiliaram os dados evidenciando a importância da região C-terminal de BthTx-I na atividade bactericida contra linhagem E.coli. / Phospholipases A2 (PLA2 - EC 3.1.1.4) catalyze the hydrolysis of acid ester bonds at the sn-2 position of glycerophospholipids liberating fatty acids and lysophospholipids as catalysis products. Lysine 49 phospholipase A2 (Lys49-PLA2) are isolated from the venom of viperid snakes, and in these proteins, the aspartic acid at position 49 is replaced by a lysine, resulting in the elimination of hydrolytic activity against phospholipid substrates. Despite the absence of catalytic activity, these Lys49-PLA2s present various pharmacological properties and furthermore damage artificial membranes by a Ca2+-independent mechanism. Lys49- PLA2s form homodimers in solution, and crystallographic and spectroscopic studies of the bothropstoxin-I (BthTx-I), a Lys49-PLA2 isolated from venom of Bothrops jararacussu, reveal that a quaternary structure transition in the homodimer results in a change in the position of the C-terminal loop of the protein, suggesting the involvement of this region in the Ca2+- independent membrane damaging activity. A role for the C-terminal region of Lys49-PLA2 has also been suggested for the bactericidal activity of theses proteins, and using BthTx-I one as a model system, the present study investigates the possible correlation and between the Ca2+-independent membrane damaging and the bactericidal activities. The bactericidal effect of native BthTx-I and site-directed mutants of the C-terminal loop was evaluated using the Gram negative bacteria E. coli strain K12. Both the native and wild type recombinant BthTx-I presented a high bactericidal activity at a concentration of 5 mg/mL, whereas the mutants Y117W, Y119W, K122A and F125W showed significantly reduced the bactericidal effects, showing a correlation between the structural determinants of the bactericidal and membrane damaging activities. The fluorescent probe NPN was used to evaluate the integrity of the external membrane of the bacterial cells after exposure to the BthTx-I and mutants. The permeabilization of the external membrane is complete within 2 minutes, and neither the kinetics nor the extent of membrane damage was influenced by mutagenesis in the C-terminal region. The fluorescent probe Sytox Green (SG) was used to evaluate the integrity of the bacterial plasma membrane, an event which showed a significantly slower kinetic, with a maximum effect observed after two hours exposure to the BthTx-I. Furthermore, the extent of the membrane damage is influenced by mutagenesis in the C-terminal loop, and the structural determinants for the bactericidal activity of BthTx-I are the same as those that determine the permeabilization of the bacterial plasma membrane. Evidence obtained using flow cytometry and transmission electron microscopy support of the suggestion that the C-terminal region of BthTx-I is an important structural determinant of the plasma membrane damaging bactericidal activities.

A cristalografia de raios-X e um método de singular importância para a determinação da estrutura de macromoléculas. A importância em resolver estruturas de proteínas continua a crescer em campos variando desde a bioquímica e biofísica básicas ate o desenvolvimento farmacêutico e biotecnologia. o presente trabalho esta relacionado com os estudos cristalográficos de três diferentes moléculas biológicas. Calgranulina C de granulócitos porcinos, uma proteína que liga cálcio, supostamente envolvida em processos celulares regulados, foi cristalizada com parâmetros de rede a=b=54.35 e c=141.32&#197, grupo espacial P3121 ou seu enantiomorfo P3221. Várias tentativas foram feitas no sentido de se determinar a estrutura por substituição molecular, mas a alta flexibilidade entre os motivos \"EF-hands\" quando da ligação ao íon cálcio podem ser responsáveis pelo insucesso dos resultados. Tripanotiona redutase de T. cruzi e um excelente alvo para modelagem de inibidores e potenciais drogas contra a doença de Chagas. O complexo mutante TR + GSPD foi cristalizado com parâmetros de rede a=b=92.7 e c=156.2&#197, grupo espacial P43. Um conjunto preliminar de fases foi obtido por refinamento de corpo rígido contra as coordenadas da TR nativa. O modelo foi refinado a 2.4&#197 de resolução, Rfactor=19.8%. Fosfolipase A2 extraída do veneno da serpente Bothrops moojeni foi cristalizada com parâmetros de rede a=63.1, b=90.5 e c=40.2&#197 e &#946=125.1&#176, grupo espacial C2. A estrutura foi resolvida por substituição molecular usando o dímero da fosfolipase A2 de Crotalus atrox como modelo. A analise de sua seqüência de aminoácidos e necessária para posteriores ciclos de refinamento. / X-ray crystallography is a essential method for determination of the structure of macromolecules. The importance of solving protein structures continues to grow in fields ranging from basic biochemistry and biophysics to pharmaceutical development and biotechnology. The current work is concerned to the crystallographic studies of three different biological molecules. Calgranulin C from pig granulocytes, a calcium binding protein though to be involved in regulation of cell process, was crystallized with cell parameters a=b=54.35 and c=141.32&#197, space group P3121 or its enantiomorph P3221. Several attempts were made in order to solve the structure, but the high flexibility between its EF-hands motives while binding the ion calcium may be responsible for the lack of success in the results. Trypanothione reductase (TR) from T. cruzi is a target enzyme for modeling an inhibitor for Chagas´ disease. The C58S TR + GSPD mutant complex was crystallized with a=b=92.7 and c=156.2&#197, space group P43. A preliminary set of phases was obtained by rigid body refinement against the coordinates for the native TR. The model was refined to 2.4&#197 resolution, Rfactor=19.8%. Phospholipase A2 extracted from the venon of the snake Bothrops moojen; was crystallized with cell parameters a=63.1, b=90.5, c=40.2&#197 and &#946=125.1&#176, space group C2. The structure was solved by molecular replacement techniques using the dimer of phospholipase A2 from Crotalus atrox as a model. The aminoacid sequence analysis is needed for further refinement cycles.

Técnicas espectroscópicas vibracionais Raman e infravermelho foram utilizadas no estudo conformacional de algumas proteínas de interesse biológico, no que se refere a aspectos estruturais de seus esqueletos polipeptídicos e microambientes de cadeias laterais de certos resíduos de aminoácidos. O trabalho foi dividido em dois grupos, de acordo com os sistemas em estudo: a) Toxina &#947; do veneno de escorpião brasileiro Tityus serrulatus. A análise vibracional revelou que o esqueleto polipeptídico dessa proteína consiste de diferentes estruturas secundárias, com predominância de folhas &#946;, seguida por estruturas do tipo não regular e &#945;-hélice, com alguma evidência de dobras &#946;. Conformação gauche-gauche-gauche foi detectada para os segmentos CCSSCC das quatro pontes dissulfeto. A intensidade do dubleto Raman da Tyr a 853 e 828 cm-1 indicou que 4 dentre 5 resíduos de Tyr encontram-se expostos na superficie molecular. Também há indicações de que os 3 resíduos de Trp apresentem localização externa. Sob o ponto de vista qualitativo, as características conformacionais da toxina no estado sólido amorfo e em solução são virtualmente as mesmas. b) Fosfolipases A2 de pâncreas de porco e de Crotalus durissus terrificus. Mudanças confarmacionais foram detectadas para as moléculas de fosfolipase como consequência de diferentes condições experimentais tais como mudança de estado físico, presença de certas espécies iônicas e interação com um análogo de substrato e com o próprio substrato. Características conformacionais discrepantes foram observadas para a forma sólida amorfa e forma cristalina da fosfolipase pancreática. Transições conformacionais foram detectadas para a transformação zimogênio &#8594; fosfolipase A2 e diferentes conteúdos estruturais foram calculados para a forma tóxica e atóxica dessa enzima. Todas essas mudanças conformacionais envolveram basicamente a arquitetura do esqueleto polipeptídico, não afetando a conformação das cadeias laterais dos resíduos de amino ácidos. As pontes dissulfeto apresentaram consistentemente uma conformação ggg a qual não foi perturbada por nenhuma das condições experimentais empregadas. A ocorrência externa de resíduos de triptofano constituiu uma característica comum para os sistemas ensaiados, assim como a localização predominante de residuos de tirosina em microambientes hidrofílicos, provavelmente na superficie molecular. / Raman and infrared spectroscopies were used to investigate conformational features of some proteins of biological interest, in what concerns structural aspects of their polypeptide backbones and microenvironments of certains amino acid residue side-chains. The work has been divided in two groups as related to the systems studied: a) Toxin &#947; from the venom of Brazilian scorpion Tityus serrulatus. The vibrational analysis has revealed that the protein polypeptide backbone consists of different secondary structures, with predominance of &#946;-sheet, followed by unordered structure and &#945;-helix, with some evidence of &#946;-turns. A gauche-gauche-gauche (ggg) conformation for the CCSSCC fragments of the four dissulfide bridges has been detected. The intensity of the Tyr Raman doublet at 853 and 828 cm-1 indicated that 4 out of the 5 Tyr residues are exposed at the molecular surface. External localization of the 3 Trp residues has also been indicated. Under a qualitative point of view, conformational features of the toxin the amorphous solid state and in solution were virtually the same. B) Crotalus durissus terrificus and porcine pancreatic phospholipases A2. Conformational changes were detected for the phospholipases molecules as a consequence of different conditions such as change of physical state, presence of certain ionic species and interaction with a model substrate analog and with the substrate itself. Amorphous and crystalline solid pancreatic phospholipases presented discrepant conformational features. Conformational transitions were detected for the pancreatic zymogen &#8594; phospholipase A2 transformation and different secondary structures contents were observed for the toxic and the non toxic phospholipase melecules. All those structural changes heve been shown to involve primarily the architecture of the polypeptide backbone rather than the conformation of amino acid residue side-chains. Disulfide bridges have shown consistently a ggg conformation which has not been disturbed by any of the experimental conditions employed. The external occurrence of tryptophan residues has been a common feature for the systems assayed, as well as the predominant localization of tyrosine residues in hydrophylic environments, probably at the molecular surface.

Phospholipase C enzymes are a class of enzymes that catalyse the cleavage of the membrane phospholipid, phosphatidylinositol bisphosphate (PtdIns(4,5)P₂) into the second messengers, inositol trisphosphate (Ins(4,5)P₃) and diacylglycerol (DAG). Six classes of PLC enzymes have been identified based on their structure and mechanism of activation. PLCηs are the most recently identified family and consist of two isozymes, PLCη1 and PLCη2. The aim of this thesis is to further understand the mechanisms of PLCη activation, the role of PLCη2 in relation to neuritogenesis and their roles in certain disease states. Both isoforms were found to be activated by physiological concentrations of intracellular Ca²⁺. Activation of PLCη2 by Gß₁γ₂ was confirmed using a bacterial 2A co-expression system to allow expression of PLCη2, Gß₁ and Gγ₂ with a single plasmid. Localisation studies show a nuclear distribution for PLCη2, but a cytoplasmic distribution for PLCη1 in a neuroblastoma cells line (Neuro2A). PLCη2 has been implicated in brain development and neurite formation. Building on this, a neuronal differentiation model using RA-treated Neuro2A cells stably expressing mutant forms of PLCη2 was utilised, revealing that PLCη2 activity is essential for neuritogenesis but that this process is independent of the enzymes high sensitivity towards Ca²⁺. Furthermore, the direct interaction of PLCη2 and LIMK-1, a previously identified PLCη2 associated protein, is confirmed in the aforementioned neuronal model. Due to the high sensitivity of PLCη enzymes to Ca²⁺ and because of their presence within neurons, they may be involved in Ca²⁺ dysregulation that occurs in certain diseases such as Alzheimer's disease (AD). The role of PLCη2 was assessed in amyloid-ß (Aß) treated differentiated Neuro2A cells, a cellular model for AD pathogenesis. Also a developmental role for PLCη1 was investigated due to a recently identified PLCη1 polymorphism in patients with holoprosencephaly, an embryonic midline defect.