The slime mold Dictyostelium discoideum has two developmentally regulated forms of the enzyme glycogen phosphorylase. The inactive ’b’ form requires 5'AMP for activity and is present in early development, whereas the active ’a’ form is 5'AMP independent and is present in late development. Polyclonal antibodies raised to purified forms of the enzyme show low cross-reactivity. The anti-’a’ is specific for a 104 kd protein associated with phosphorylase ‘a’ activity; the anti-’b’ is specific for a 92 kd protein associated with the ’b’ activity. The two antibodies inhibit the activities of their corresponding antigens, furthermore, each antibody recognizes the proteolytic products of its corresponding antigen. In the presence of exogenously added Mn²⁺ and ATP, the ‘b’ form shows apparent conversion to a 5'AMP independent form as detected spectrophotometrically. This apparent conversion is accompanied by in vitro phosphorylation of the ’b’ enzyme by a Mn²⁺ dependent protein kinase. The ’b’ kinase also phosphorylates casein in the presence of Mg²⁺ or Mn²⁺. In vivo phosphorylation of the ’b’ form was observed in early development. Phosphorylation of the ’b’ form did not result in the appearance of the 104 kd protein. At this point, it is unclear whether Dictyostelium phosphorylase ’a’ represents a phosphorylated and activated form of the ’b’ form, or whether it represents a separate gene product. / Ph. D.

L'acide ascorbique (AsA, vitamine C) est l'un des composés parmi les plus importants chez les eucaryotes. En raison de son potentiel antioxydant élevé, l'AsA représente un trait important de la qualité nutritionnelle des végétaux. Au-delà de sa valeur bénéfique pour la santé, une augmentation de la teneur en AsA des fruits bénéficierait probablement à la qualité post-récolte et à la résistance aux pathogènes. Pour mieux comprendre ces régulations chez les plantes et leurs impacts sur la qualité des fruits, une collection de tomates EMS hautement mutée (cv. Micro-Tom) a été criblée pour identifier des mutants dont les fruits sont enrichis en AsA. Cette stratégie de génétique directe associant le criblage à une approche de cartographie par séquençage devait permettre d’identifier de nouveaux gènes liés au caractère AsA+. L'un des mutants, noté P21H6, présentait un enrichissement en AsA de 2 à 4 fois supérieur à celui du WT, et fut le premier à être génétiquement caractérisé. Cette étude a permis de mettre en évidence une nouvelle classe de photorécepteurs impliqués dans la détection de la lumière bleue, appelée SlPLP, en tant que régulateur négatif de l'accumulation d'AsA dans la tomate. Le rôle de PLP dans le phénotype AsA+ du fruit a été confirmé par une stratégie de mutagenèse dirigée, avant d’entreprendre sa caractérisation fonctionnelle. Nous avons démontré que SlPLP interagit avec SlGGP (GDP-L-galactose phosphorylase), une enzyme clé de la voie du L-Galactose, sous contrôle de la lumière bleue et que cette interaction a lieu dans le cytoplasme et le noyau. Nos résultats renforcent le rôle central du GGP dans la biosynthèse de l'AsA et suggèrent un nouveau mécanisme de régulation par la lumière bleue de la fonction du GGP, en plus de son activité métabolique. Parallèlement, nous avons entrepris la caractérisation d’un autre mutant, le P17C5-3, qui présentait le plus fort taux d'AsA (jusqu'à 10 fois le WT). Outre le phénotype AsA+, le mutant P17C5 présentait de fortes altérations morphologiques, notamment l’absence de graines, rendant la mise en place de la stratégie de cartographie difficile. Grâce à un croisement avec la variété commerciale M82, la mutation causale pu être identifiée dans un ORF cis-régulateur en amont de GGP. Ce résultat confirme le rôle clé de GGP dans la voie L-Galactose. Des études préliminaires liées au phénotype parthénocarpique suggèrent un problème de stérilité mâle associé aux processus de développement du pollen. Enfin, dans l’étude de la qualité des fruits après la récolte, des expériences de stress froid effectuées avec les fruits P21H6 semblent démontrer que l’augmentation de la teneur en AsA améliore la durée de conservation et la capacité de maturation des fruits. Dans l'ensemble, nos résultats confirment la position clé de la protéine GGP dans la voie de biosynthèse de l'AsA, et fournissent des outils et du matériel végétal précieux pour décortiquer la régulation de l'AsA et son rôle physiologique dans la qualité des fruits et les caractères post-récolte. / Ascorbic acid (AsA, vitamin C) is one of the most important biochemical in living organisms. Due to its high antioxidant potential, AsA represents an important trait of nutritional quality in fruits and vegetables. In addition to its beneficial health value in fruit consumption, increasing fruit AsA content would likely affect postharvest quality and resistance to pathogens. Thus, understanding the regulation of AsA accumulation in order to improve crop species of agronomical interest is an important issue in plant breeding for many fleshy fruit species. To get a better understanding of the regulation of AsA level in plants and its impact on fruit quality, a highly mutagenized EMS tomato collection (cv. Micro-Tom) was screened for AsA+ fruit mutants. This forward genetic strategy combined with a mapping-by-sequencing approach, had allowed identifying new genes related to the AsA+ trait. One of the mutant line named P21H6, displayed an AsA-enrichment 2 to 4 fold that of the WT, and was the first to be genetically characterized. It allowed highlighting a new class of photoreceptor involved in blue light sensing named SlPLP as a negative regulator of AsA accumulation in tomato. We confirmed the role of the PLP in the fruit AsA+ phenotype using a directed mutagenesis strategy, undertaking its functional characterization. We demonstrate that PLP interacts with GGP (GDP-L-galactose phosphorylase), a key enzyme of the L-Galactose pathway, under blue light control and that this interaction takes place in the cytoplasm and the nucleus. Our results strengthen the central role of GGP in the AsA biosynthesis and suggest a new regulation mechanism by blue light of the GGP function in addition to its metabolic activity. Besides we started the characterization another mutant, the P17C5-3, which displayed the highest level of AsA (up to 10 times the WT). Beyond its AsA+ content, the P17C5 mutant showed strong morphological alterations including a seedless phenotype making the mapping difficult at first. Thanks to the crossing with the commercial M82 tomato cultivar, the causal mutation was identified in a cis-acting ORF, upstream of the GGP gene. This result confirmed the key role of GGP in the L-Galactose pathway. Preliminary studies related to the parthenocarpic phenotype suggest a problem of male sterility associated with pollen development processes. Finally, in the study of the post-harvest fruit quality, chilling stress experiments carried out with the P21H6 fruits seem to demonstrate that increasing AsA content improve the fruit shelf life and its maturation capacity. Taken as a whole, our results confirmed the key position of the GGP protein in the AsA biosynthesis pathway and they provided precious tools and plant material for deciphering the regulation of AsA and its physiological role in fruit quality and post-harvest traits.

Les glycoconjugués constituent une classe de molécules organiques importante car ils sont impliqués dans de nombreux processus biologiques à savoir l'inflammation, la transmission du signal, la fécondation, l'adhérence cellule-cellule et bactérie-cellule, la reconnaissance virus-cellule et la défense immunitaire… L'utilisation de ce type de molécules comme principe actif peut être limitée par l'instabilité de la liaison glycosidique en milieu physiologique et de ce fait la préparation de C-glycoconjugués plus stables, non sensibles aux hydrolyses acides et enzymatiques constitue un enjeu en synthèse organique. Cette thèse décrit un nouvel accès à des C-glycoconjugués via des précurseurs céto-C-glycosides. La majeure partie du travail a consisté à la mise au point d’une nouvelle voie d’accès à des céto-C-glycosides à partir de glyconitriles issus du glucose, du galactose ou du mannose. Dans un premier temps, la réactivité de glyconitriles totalement protégés sous forme d’éthers benzyliques vis-à-vis d’organozinciques activés a été étudiée permettant d’isoler différentes cétones fonctionnalisées C-glycosylés. Lorsque ces substrats sont opposés à des organomagnésiens, un mélange de composé attendu et de glycal issu de l’élimination du benzyloxy en position 2 est observé. Afin de limiter la formation des glycals, des glyconitriles comportant un groupe hydroxyle en position 2 ont été préparés. L’addition de réactifs de Grignard ou d’organolithiens sur ces glyconitriles ont conduit à divers céto-C-glycosides. Ainsi, il a été montré que l’addition des organolithiens était plus efficace en termes de rendement.Ayant en main ces dérivés cétoniques, une étude de fonctionalisation de la fonction cétonique (formation de méthylène, de gem-difluoré, réduction en alcool…) a été entreprise, sur un substrat modèle, acquis qui pourra être transposé aux acyl-C-glycosides plus complexes. De plus, l’application de la méthodologie de synthèse à des C-glycoconjugués originaux appartenant à trois familles de composés différentes, inhibiteurs potentiels de SGLT-2 ou de glycogène phosporylase, nouvelles cibles thérapeutiques dans le traitement du diabète de type 2, a été validée. / Glycoconjugates, an important series of organic molecules, are fundamental to many important biological processes such as inflammation, signal transduction, fertilization, bacterial-cell or cell-cell adhesion, virus-cell recognition and immune response…The use of such compounds as drug is limited by the significant hydrolysis occurring in physiological medium or in acidic conditions. Thus, more stable C-glycoconjugates syntheses have to be developed.A new strategy for the synthesis of C-glycoconjugates via acyl-C-glycosides precursors is described from gluco-, galacto- or manno-nitriles. First, the reactivity of O-perbenzylated glyconitriles towards various activated organozinc reagents led to various functionalized keto-C-glycosides. However, with Grignard reagents, a mixture of the corresponding compound along with glycal occurring from the elimination of benzyloxy group located in position 2 is observed. To prevent such elimination, 2-hydroxyglyconitrile was prepared. With organomagnesium or organolithium reagents, these glyconitriles led to various glyconitriles in good yieds. It is noteworthy that organolitium reagents were more efficient, leading to better yields in glucose and galactose series.With these keto derivatives in hands, the transformation of the keto group into methylene, gem-difluorine, alcool…. was performed on a galatose-derived ketone as a model for the preparation of more complex C-glycosides. Moreover, the application of the methodology was applied to the synthesis of original C-glycoconjugates as potential SGLT-2 or glycogen phosphorylase inhibitors, thereby validating the synthetic strategy.

Le facteur de transcription Nrf2 et les enzymes pro-angiogéniques: hème oxygénase (HO-1) et thymidine phosphorylase (TP) sont considérés comme des cibles potentielles pour les traitements combinatoires anticancéreux contre l’angiogenèse. L'objectif de la présente étude était d'examiner les interactions entre ces protéines dans la modulation du potentiel tumorigène et angiogénique de carcinome pulmonaire non à petites cellules (NSCLC). L’augmentation de l’expression de Nrf2 conduit à la réduction de la prolifération cellulaire et à leur capacité de migration, accompagnée d'une expression accrue de microARN suppresseurs de tumeurs ainsi qu’une réduction de l'oncogène miR-378. Ensuite, le rôle de TP dans les cellules NCI-H292 a été étudiée en la surexprimant in vitro (NCI-TP). Ceci a conduit à une atténuation de potentiel tumorigène comme le montre l'inhibition de la prolifération, de la migration et une amélioration concomitante de potentiel angiogénique qui est plus prononcée en hypoxie et en présence de thymidine. In vivo, les tumeurs NCI-TP ont tendance à croître plus rapidement que les témoins et ils sont également mieux oxygénés. Ces tumeurs ont une expression accrue de cytokines pro-inflammatoires IL-1β et IL-6. Nous avons montré pour la première fois que l’enzyme TP peut être régulé par Nrf2 et HO-1 dans les cellules NSCLC, ce qui peut affecter la croissance tumorale par une modulation de l'angiogenèse et de l'expression de facteurs pro-inflammatoires. La corrélation entre l’expression de TP avec celle de l'IL-1β et d'IL-6 a été également confirmée dans les échantillons cliniques de tumeurs issus de patients atteints de NSCLC. L’ensemble de nos résultats montre la potentialité de cibler l’enzyme TP pour le traitement des cancers NSCLC. / Nrf2, heme oxygenase-1 (HO-1) and thymidine phosphorylase (TP) are considered as potential targets for combinatorial anti-cancer therapies. The aim of the study was to investigate the interplay of these proteins in regulation of growth and angiogenesis in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cells NCI-H292. Stable overexpression of Nrf2 (NCI-Nrf2 cell line) resulted in decreased cell proliferation and migration in vitro, upregulation of tumor suppressor microRNAs and downregulation of oncogenic miR-378 and many MMPs. Silencing of HO-1 in NCI-Nrf2 cells partially reversed the effect on MMP-1, MMP-3 and miR-378. NCI-Nrf2 cells exhibited increased expression of proangiogenic factors IL-8, angiopoietin-1 and TP, which was also upregulated in cell overexpressing HO-1. In both models, the effect was TP reversible by siRNA targeted at HO-1 and possibly mediated by modulation of oxidative status of the cell. Moreover, it was observed that overexpression of TP in vitro attenuated proliferation and migration of NSCLC cells, but increased their angiogenic potential. In vivo, NCI-TP tumors tended to grow faster, were better oxygenated and exhibited increased expression of inflammatory cytokines IL-1β and IL-6. Correlation of TP with IL-1β and IL-6 was also confirmed in clinical samples from NSCLC patients. Overall, our results enforce the notion of targeting TP for treatment of NSCLC.

Au cours de mon travail de thèse, j’ai étudié la structure des deux complexes de protéines, le complexe FANCD2/FANCI et la Phosphorylase kinase (PhK). Les deux complexes ont été étudiés en utilisant la cryo-microscopie électronique combinée à l’analyse d'image. La voie anémie de Fanconi (FA) a été reconnue comme jouant un rôle important dans la réparation de liaisons inter-brin de l'ADN. Dans cette voie, les protéines FANCD2 et FANCI sont des acteurs clés. Dans mon travail de thèse, j’ai calculé la structurale du complexe FANCD2/FANCI humaine. La structure montre une cavité intérieure, assez grande pour accueillir une hélice d'ADN double brin. Nous avons aussi mis en évidence un domaine en forme de tour. Notre collaborateur (M. Cohn, Oxford) a montré que celui-ci est essentiel pour le recrutement du complexe sur l'ADN. La PhK est l'une des kinases les plus complexes. Elle est composée de quatre sous-unités (αβγδ)4. PhK régule le métabolisme du glycogène, intègre divers signaux pour catalyser la conversion du glycogène phosphorylase b (GP) vers la GP a (actif), et la dégradation ultérieure de glycogène. En utilisant un microscope performant et une caméra de détection d'électrons directe puis après plusieurs étapes de traitement d’image, de correction de mouvement de films induits par les faisceaux d'électrons, j’ai obtenu une structure du complexe en 7Å (FSC gold standard). / During my thesis work, I have investigated the structure of two protein complexes, the FANCD2/FANCI complex and the Phosphorylase Kinase complex (PhK). Both complexes were studied using cryo electron microscopy combined with image analysis. The Fanconi Anemia (FA) pathway has been implied to play a significant role in DNA interstrand crosslink repair and may be the coordinator between different DNA damage repair pathways. Within the FA pathway, the FANCD2 and FANCI proteins are key players. In my thesis work, I have calculated the structure of the human FANCD2/FANCI complex. It possesses an inner cavity, large enough to accommodate a double stranded DNA helix. We also discovered a protruding tower domain, which our collaborator (M. Cohn, Oxford) has shown to be critical for the recruitment of the complex to DNA. PhK is one of the most complex kinases. It is composed of four subunits (αβγδ)4. PhK regulates glycogenolysis, it integrates various signals to catalyze the conversion of glycogen phosphorylase (GP) b to GP a (active), and the subsequent breakdown of glycogen. PhK is a potential target for glycemic control in diseases such as diabetes. Using state of the art electron microscope with a direct electron detection camera, after multiple image processing steps and correction of beams induced motion of films, I obtained a structure of the complexe at 7Å (FSC gold standard).

Comprendre comment les mutations impactent l’activité d’une protéine reste un défi dans le domaine des sciences protéiques. Les méthodes biochimiques traditionnellement utilisées pour résoudre ce type de questionnement sont très puissantes mais sont laborieuses à mettre en œuvre. Des approches bioinformatiques ont été développées à cet égard pour surmonter ces contraintes. Dans cette thèse, nous explorons l'utilisation d'approches bioinformatiques pour comprendre le lien entre mutations et changements d'activité. Notre modèle d'étude est une enzyme bactérienne, la sucrose phosphorylase de Bifidobacterium adolescentis (BaSP). Cette glycosyl-hydrolase de la famille 13 (GH13) suscite l’intérêt de l'industrie en raison de sa capacité à synthétiser des disaccharides et des glycoconjugués originaux. Son activité consiste à transférer un glucose d'un donneur, le saccharose, à un accepteur qui peut être un monosaccharide ou un aglycone hydroxylé. La réaction enzymatique se déroule selon un mécanisme dit « double déplacement avec rétention de configuration », ce qui nécessite la formation d'un intermédiaire covalent dit glucosyl-enzyme. Cependant, la possibilité de contrôler la régiosélectivité de ce transfert pour qu'il soit applicable au niveau industriel est un enjeumajeur. Cette thèse vise d’une part, à fournir une explication rationnelle quant aux modifications de la régiosélectivité de BaSP apportées par des mutations et d’autre part à proposer un canevas pour le contrôle de la régiosélectivité de couplage en vue de la synthèse de disaccharides pré-biotiques rares comme le kojibiose et le nigerose. Dans notre approche, nous avons émis l'hypothèse que les orientations préférées de l'accepteur dans le site catalytique après formation du glycosyl-enzyme déterminent la régiosélectivité de l'enzyme. Nous avons utilisé des approches computationnelles pour étudier l'impact des mutations sur la liaison de l'accepteur à l'intermédiaire covalent, le glucosylenzyme. À cette fin, nous avons construit des modèles à l’échelle atomique du glucosyl-enzyme pour un ensemble de variants de la BaSP pour lesquels des données expérimentales étaient disponibles. Pour y parvenir, nous avons paramétré le glucosyl-aspartyle en tant que nouveau résidu et les avons intégré dans des outils de modélisation tels que Modeller et Gromacs. Nous avons évalué la pertinence de ces paramètres et les avons ensuite appliqués à la vérification de notre hypothèse de travail par le biais d’expériences d'ancrage moléculaire. La méthodologie utilisée dans ce travail ouvre la perspective de l'utilisation d'approches bioinformatiques pour l'ingénierie de la régiosélectivité de la sucrose phosphorylase et plus généralement des glycosylhydrolases possédant un mécanisme similaire. À cet égard, un pipeline de modélisation moléculaire et d'amarrage de molécules accepteurs sur des intermédiaires covalents des enzymes de cette famille (ENZO pour Optimisation d’ENZyme) a été développé au cours de cette thèse. Son application à l’ingénierie d’autres variants de BaSP est en cours. / In this thesis, we explore the usage of computational approaches for understanding the link between mutations and changes in protein activity. Our study model is a bacterial sucrose phosphorylase enzyme from Bifidobacterium adolescentis (BaSP). This glycosyl hydrolase from family 13 (GH13) has been a focus in the industry due to its ability to synthesize original disaccharides and glycoconjugates. In fact, its activity is to transfer a glucose moiety from a donor sucrose to an acceptor which can be a monosaccharide or a hydroxylated aglycone. The enzymatic reaction proceeds by a double displacement with retention of configuration mechanism whereby a covalent glucosyl-enzyme intermediate is formed. However, it is at stake to control the regioselectivity of this transfer for it to be applicable at industrial level. This thesis aimed at providing a rational explanation for the observed impact of mutations on the regioselectivity of BaSP in view of controlling the synthesis of rare pre-biotic disaccharides like kojibiose and nigerose. We hypothesized that the preferred orientations of the acceptor determines the regioselectivity of the enzyme. In that respect, we used computational approaches to investigate the impact of mutations on the binding of the acceptor to the glucosyl-enzyme intermediate. The methodology used in this work opens the perspective of using computational approaches for engineering the regioselectivity of of glycosyl hydrolases with similar mechanism.

Thesis (MSc)--University of Stellenbosch, 2007. / ENGLISH ABSTRACT: Cellulose, a glucose polymer, is considered the most abundant fermentable polymer on earth. Agricultural waste is rich in cellulose and exploiting these renewable sources as a substrate for ethanol production can assist in producing enough bioethanol as a cost-effective replacement for currently used decreasing fossil fuels. Saccharomyces cerevisiae is an excellent fermentative organism of hexoses; however the inability of the yeast to utilize cellulose as a carbon source is a major obstruction to overcome for its use in the production of bio-ethanol. Cellobiose, the major-end product of cellulose hydrolysis, is hydrolyzed by -glucosidase or cellobiose phosphorylase, the latter having a possible metabolic advantage over -glucosidase. Recently, it has been showed that S. cerevisiae is able to transport cellobiose. The construction of a cellulolytic yeast that can transport cellobiose has the advantage that end-product inhibition of the extracellular cellulases by glucose and cellobiose is relieved. Furthermore, the extracellular glucose concentration remains low and the possibility of contamination is decreased. In this study the cellobiose phosphorylase gene, cepA, of Clostridium stercorarium was cloned and expressed under transcriptional control of the constitutive PGK1 promoter and terminator of S. cerevisiae on a multicopy episomal plasmid. The enzyme was expressed intracellulary and thus required the transport of cellobiose into the cell. The fur1 gene was disrupted for growth of the recombinant strain on complex media without the loss of the plasmid. The recombinant strain, S. cerevisiae[yCEPA], was able to sustain aerobic growth on cellobiose as sole carbon source at 30°C with Vmax = 0.07 h-1 and yielded 0.05 g biomass per gram cellobiose consumed. The recombinant enzyme had activity optima of 60°C and pH 6-7. Using Michaelis-Menten kinetics, the Km values for the colorimetric substrate p-nitrophenyl-b-D-glucopyranoside (pNPG) and cellobiose was estimated to be 1.69 and 92.85 mM respectively. Enzyme activity assays revealed that the recombinant protein was localized in the membrane fraction and no activity was present in the intracellular fraction. Due to an unfavourable codon bias in S. cerevisiae, CepA activity was very low. Permeabilized S. cerevisiae[yCEPA] cells had much higher CepA activity than whole cells indicating that the transport of cellobiose was inadequate even after one year of selection. Low activity and insufficient cellobiose transport led to an inadequate glucose supply for the yeast resulting in low biomass formation. Cellobiose utilization increased when combined with other sugars (glucose, galactose, raffinose, maltose), as compared to using cellobiose alone. This is possibly due to more ATP being available for the cell for cellobiose transport. However, no cellobiose was utilized when grown with fructose indicating catabolite repression by this sugar. To our knowledge this is the first report of a heterologously expressed cellobiose phosphorylase in yeast that conferred growth on cellobiose. Furthermore, this report also reaffirms previous data that cellobiose can be utilized intracellularly in S. cerevisiae. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Sellulose, ‘n homopolimeer van glukose eenhede, word beskou as die volopste suiker polimeer op aarde. Landbou afval produkte het ‘n hoë sellulose inhoud en benutting van diè substraat vir bio-etanol produksie kan dien as ‘n koste-effektiewe aanvulling en/of vervanging van dalende fossielbrandstof wat tans gebruik word. Die gis, Saccharomyces cerevisiae, is ‘n uitmuntende organisme vir die fermentasie van heksose suikers, maar die onvermoë van die gis om sellulose as koolstofbron te benut is ‘n groot struikelblok in sy gebruik vir die produksie van bio-etanol. Sellobiose, die hoof eindproduk van ensiematiese hidrolise van sellulose, word afgebreek deur -glukosidase of sellobiose fosforilase. Laasgenoemde het ‘n moontlike metaboliese voordeel bo die gebruik van -glukosidase vir sellobiose hidrolise. Daar was onlangs gevind dat S. cerevisiae in staat is om sellobiose op te neem. Die konstruksie van ‘n sellulolitiese gis wat sellobiose intrasellulêr kan benut, het die voordeel dat eindproduk inhibisie van die ekstrasellulêre sellulases deur sellobiose en glukose verlig word. Verder, wanneer die omsetting van glukose vanaf sellobiose intrasellulêr plaasvind, word die ekstrasellulêre glukose konsentrasie laag gehou en die moontlikheid van kontaminasie beperk. In hierdie studie was die sellobiose fosforilase geen, cepA, van Clostridium stercorarium gekloneer en uitgedruk onder transkripsionele beheer van die konstitutiewe PGK1 promoter en termineerder van S. cerevisiae op ‘n multikopie episomale plasmied. Die ensiem is as ‘n intrasellulêre proteïen uitgedruk en het dus die opneem van die sellobiose molekuul benodig. Die disrupsie van die fur1 geen het toegelaat dat die rekombinante ras op komplekse media kon groei sonder die verlies van die plasmied. Die rekombinante ras, S. cerevisiae[yCEPA], het aërobiese groei by 30°C op sellobiose as enigste koolstofbron onderhou met mmax = 0.07 h-1 en ‘n opbrengs van 0.05 gram selle droë gewig per gram sellobiose. Die rekombinante ensiem het optima van 60°C en pH 6-7 gehad. Die K m waardes vir die kolorimetriese substraat pNPG en sellobiose was 1.69 en 92.85 mM onderskeidelik. Ondersoek van die ensiem aktiwiteit het getoon dat die rekombinante proteïen gelokaliseer was in die membraan fraksie en geen aktiwiteit was teenwoordig in die intrasellulêre fraksie nie. CepA aktiwiteit was laag as gevolg van ‘n lae kodon voorkeur in S. cerevisiae. Verder het geperforeerde S. cerevisiae[yCEPA] selle aansienlik beter CepA aktiwiteit getoon as intakte selle. Hierdie aanduiding van onvoldoende transport van sellobiose na binne in die sel tesame met die lae aktiwiteit van die CepA ensiem het gelei tot onvoldoende glukose voorraad vir die sel en min biomassa vorming. Sellobiose verbruik het toegeneem wanneer dit tesame met ander suikers (glukose, galaktose, raffinose, maltose) gemeng was, heelwaarskynlik deur die vorming van ekstra ATP’s vir die sel wat ‘n toename in sellobiose transport teweeg gebring het. Fruktose het egter kataboliet onderdrukking veroorsaak en sellobiose was nie benut nie. Sover ons kennis strek, is hierdie die eerste verslag van ‘n heteroloë sellobiose fosforilase wat in S. cerevisiae uitgedruk is en groei op sellobiose toegelaat het. Verder, bewys die studie weereens dat S. cerevisiae wel sellobiose kan opneem.

The gene for methylthioadenosine phosphorylase (MTAP) is absent in almost 30% of cancers, opening a door for selective chemotherapy. One strategy to target the absence of MTAP involves the design of a cytotoxic methylthioadenosine (MTA) analogue. Non-cancerous cells would break down the cytotoxic analogue, since they contain MTAP, but cancerous cells would not, since they do not have MTAP. However, before such a compound can be made, we need to better understand the types of substrates accommodated by MTAP. The purpose of this thesis was therefore to explore a series of MTA analogues, probing the structure-function relationships between MTAP and specific structural modifications of MTA. Nine phenylthioadenosine (PTA) derivatives bearing ortho-, meta-, or para- methyl carboxylate, carboxylate, and hydroxymethyl substituents were synthesized and tested for cytotoxicity and as substrates for MTAP. The biological results of these nine compounds suggested that addition of substituents to the ortho-position was not tolerated by MTAP, and substituents similar to the hydroxymethyl might be accommodated by MTAP. None of the compounds were cytotoxic. This informed the design of ten more PTA derivatives, most of which were synthesized and tested for cytotoxicity and as substrates for MTAP. The range of functionalities included an amine, an acetamide, a urea, an isovaleramide, and an N-nitrosourea group inspired by the known anticancer agent lomustine. The amine derivatives of PTA were the best substrates of all MTA analogues tested (including PTA). The meta-amine derivative and the meta-isovaleramide showed minor cytotoxicity. Finally, the urea derivatives were moderate substrates of MTAP, and this pointed towards the future creation of other nitrosoureas as potential cytotoxic MTAP substrates. / Graduate / 2017-08-25

As doenças parasitárias são uma das maiores causas de morte em países em desenvolvimento, e recebem pouca ou nenhuma atenção das indústrias farmacêuticas para o desenvolvimento de terapias. A esquistossomose mansoni também conhecida como barriga d´água ou doença do caramujo é uma doença parasitária crônica que afeta aproximadamente 207 milhões de pessoas no mundo sendo aproximadamente 6 milhões somente no Brasil. Os medicamentos disponíveis no mercado causam graves efeitos colaterais. Além disso, há relatos de cepas de S. mansoni resistentes à esses medicamentos, justificando assim a busca por novos fármacos. O Schistosoma mansoni não possui a via de novo para a biosíntese de bases púricas e depende integralmente da via de salvação para o suprimento dessa. Assim, este trabalho teve como objetivo determinar as constantes catalíticas e a estrutura tridimensional da MTAP (EC 2.4.2.28), enzima esta que participam da via de salvação de purinas, e é desta forma essencial para a reprodução do parasita. Esta enzima foi expressa de forma heteróloga, purificada e cristalizada. A proteína foi submetida à ensaios cinéticos em sistema acoplado, onde foram determinadas as constantes catalíticas. A proteína foi também cristalizada em condições que continham 100 mM de Bis-tris ou MES com pH variando entre 6,1 a 6,5 e PEG3350, cuja concentração variou ente 14-18%. Os cristais foram submetidos à difração de raios-X no LNLS e no DLS. Foram obtidos, quatro conjuntos de dados, que foram processados, refinados e analisados. Obteve-se estrutura apoenzima em complexo com fosfato, em complexo com adenina e sulfato, em complexo com tubercidina e sulfato e em complexo com adenina e glicerol em um grupo espacial diferente dos demais. Através da estrutura secundária, foi possível analisar o sítio ativo, além de obter informações preliminares do mecanismo catalítico da enzima alvo. Este trabalho colabora para a futura elucidação completa da via de salvação de purinas em S. mansoni, e fornece informações básicas para que a busca por novos fármacos tenha novos ramos a serem explorados. / The parasitic illness are the leading cause of deaths in developing countries, and receives little or no attention from drug companies to develop therapies. Schistosomiasis mansoni also known as water belly or snail´s disease is a chronic parasitic illness that affects approximately 207 million people worldwide with approximately 6 million in Brazil. Schistosomiasis is treated by the use of drugs that are not-in fact effective for the eradication of the disease, and although their efficiency cause serious side effects. In addition, there are reports of S. mansoni´s resistant strains to these drugs, thus justifying the search for new drugs. The Schistosoma mansoni parasite does not possess the de novo pathway for purine bases biosynthesis and depends entirely on salvage pathways for its purine requirement. Thus this study aimed to determine the catalytic constants and three-dimensional structure of MTAP (EC 2.4.2.28), an enzyme that is involved in purine salvation pathway, and is thus essential to the reproduction of the parasite. The MTAP was heterologously expressed, purified and crystallized. The protein was submitted to kinetic assays in coupled system, to determine the catalytic constants. The protein was crystallized in 100mM Bis-tris or MES pH 6.1-6.5 and 14-18% PEG 3350. The crystals were submitted to diffraction of rays-X in the LNLS and DLS. Data sets were obtained, processed, refined and analyzed. Structures were obtained in apoenzyme form complexed with fosfate, complexed with adenine and sulfate, complexed with tubercidin and sulfate, and with adenine and glycerol in a space group different of the others. Through the secondary structure, it was possible to analyze the active site and obtained preliminary information of the catalytic mechanism of the target enzyme. This study contributes to the complete elucidation of the purine salvation pathway in S. mansoni, and provides basic information for the research of the new drugs.

Storage starch is synthesized in sub-cellular organelles called amyloplasts in higher plants. The synthesis of the starch granule is a result of the coordinated activity of several groups of starch biosynthetic enzymes. There are four major groups of these enzymes, ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase), starch synthases (SS), starch branching enzymes (SBE), and starch debranching enzymes (SDE). Starch phosphorylase (SP) exists as both dimeric and tetrameric forms in plastids in developing cereal endosperm and catalyses the reversible transfer of glucosyl units from glucose-1-phosphate to the non-reducing end of α-1-4 linked glucan chains, although the precise role in the pathway remains unclear. The present study was conducted to investigate the role and regulation of SP and SSIV in starch biosynthesis in developing maize endosperm. The results of this study showed that the tetrameric form of SP accounts for the majority of measurable catalytic activity, with the dimeric form being barely active and the monomer catalytically inactive. A catalytically active recombinant maize SP was heterologously expressed and used as an affinity ligand with amyloplast lysates to test protein-protein interactions in vitro. Results showed that the different multimeric status of SP influenced interactions with other enzymes of starch synthesis. Tetrameric SP interacted with SBEI and SSIIa, whilst the dimeric form of the enzyme interacted with SBEI, SBEIIb. All of these interactions were enhanced when amyloplasts were pre-treated with ATP, and broken following treatment with alkaline phosphatase (APase), indicating these interactions are regulated by protein phosphorylation. In addition, the catalytic activity of SSIV was reduced following treatment with APase, indicating a role for protein phosphorylation in the regulation of SSIV activity. Protein-protein interaction experiments also suggested a weak interaction between SSIV and SP. Multimeric forms of SP regulated by protein-protein interactions and protein phosphorylation suggested a role for SP in starch biosynthesis in maize endosperm.