Submitted by Luciane Willcox (luwillcox@gmail.com) on 2016-09-12T17:18:24Z No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_ICC.pdf: 40560568 bytes, checksum: 1e1c7efcf21605b84ddacb307516a772 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciane Willcox (luwillcox@gmail.com) on 2016-09-12T18:02:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_ICC.pdf: 40560568 bytes, checksum: 1e1c7efcf21605b84ddacb307516a772 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-12T18:02:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_ICC.pdf: 40560568 bytes, checksum: 1e1c7efcf21605b84ddacb307516a772 (MD5) Previous issue date: 2016-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Programa de Apoio à Pesquisa Estratégica em Saúde (Papes) da Fiocruz, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Microsoft Research. / Instituto Carlos Chagas, Fiocruz-PR, Curitiba, PR, Brasil / O estudo de estruturas e interações proteicas é uma importante área de pesquisa para se entender as funções das proteínas. No entanto, essa é também uma das áreas de grandes desafios experimentais, devido à inerente complexidade atômica de proteínas e peptídeos. Os métodos de elucidação estrutural de alta resolução (e.g. difração de raios-X e RMN) são hoje os considerados “padrões-ouro” para esses tipos de estudos. No entanto, uma grande parte das proteínas e seus respectivos complexos não são passíveis de serem resolvidos por esses métodos, motivando o desenvolvimento de novas técnicas para a caracterização estrutural de proteínas e seus complexos. Neste sentido, a espectrometria de massas acoplada à técnica de crosslinking (XL-MS) é uma grande promessa, devido às suas características intrínsecas, tais como alta sensibilidade e ampla aplicabilidade. Neste trabalho, desenvolveu-se um software com aplicações pioneiras, denominado SIM-XL, capaz de identificar peptídeos covalentemente ligados e analisados por espectrometria de massas, a fim de caracterizar estruturas de proteínas, bem como de complexos proteínas-proteínas e proteína-peptídeo. Esse software faz uso de técnicas de reconhecimento de padrões para resolver um gargalo na modelagem proteica e interação proteína-proteína. Portanto, o algoritmo aqui apresentado, traz benefícios imediatos nas áreas de biologia e biotecnologia e indiretamente, em diversas outras áreas, como por exemplo, no desenvolvimento de novos fármacos. / The study of protein structures and interactions is an important area of development for understanding the function of proteins. However, this is also an area of great experimental challenge, due to the inherent atomic complexity of proteins and peptides. The methods of structural elucidation of high-resolution (e.g. X-ray diffraction and NMR) are currently considered the “gold standard” for these types of studies. However, many proteins are not amendable to being solved by these methods; thus motivating the development of new techniques for structural characterization of proteins and their complexes. In this regard, mass spectrometry coupled by crosslinking technique (XL-MS) poses as a promise to overcome these limitations as it provides a high sensitivity and wide applicability. Here we present SIM-XL, a software pioneer in many ways, capable of identifying cross-linked peptides analyzed by mass spectrometry and thus ultimately aiding in structural characterization and in determining protein-protein interactions. Our software uses pattern recognition strategies to address a bottleneck in protein modeling and protein-protein interaction. As such, various fields related to biology and biotechnology suffer an immediate benefit from this work, and other areas, say, the development of new drugs, are indirectly benefited as well.

Orientador: Fábio Cesar Gozzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:20:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pilau_EduardoJorge_D.pdf: 5051807 bytes, checksum: 376ee3a4968e0ab254d7cda0cccd2819 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A espectrometria de massas (MS) consiste no estudo dos íons em fase gasosa, tendo como uma das suas principais aplicações a caracterização estrutural de moléculas. Desde o início da técnica, ela vem sendo empregada na elucidação estrutural de um grande número de moléculas orgânicas e é hoje uma das principais ferramentas de caracterização estrutural. Dentro os métodos baseado em MS para o estudo de estruturas superiores de proteínas desenvolvidos recentemente estão aqueles conhecidos como footprinting e ligação cruzada (cross-linking). Nesta tese, estudos foram realizados para o desenvolvimento, melhorias e otimização de técnicas de footprinting e ligação cruzada acopladas à espectrometria de massas para o estudo estrutural de proteínas. Em footprinting, foram desenvolvidas fontes alternativas de radiação UV para geração de radicais ¿OH a partir da fotólise do H2O2 para mapeamento da superfície exposta ao solvente de proteínas, bem como o desenvolvimento de uma técnica mais apropriada de quantificação de peptídeos oxidados. Os resultados obtidos demonstraram que as fontes propostas apresentaram boa eficiência no processo de fotólise do H2O2 Na técnica de ligação cruzada, foram realizados estudos fundamentais a respeito da reatividade dos Agentes de Ligação Cruzadas (ALC¿s) tanto com relação à especificidade dos ALC¿s frente às cadeias laterais dos aminoácidos quanto à cinética da reação com proteínas e reação competitiva de hidrólise. Nos experimentos realizados foi possível verificar a reatividade do ALC frente a diferentes grupos nucleofilicos presentes nas cadeias laterais dos resíduois de aminoacido bem como ser suscetivel a mudança de reatividade em virtude do pH utilizado. / Abstract: Mass spectrometry (MS) study ions in the gas phase, and one of its main applications is the structural characterization of molecules. Since the beginning of the technique, it has been used in structural study of a large number of organic molecules and is now a major tool for structural characterization. Among the MSbased methods for the study of higher structures of proteins are the newly developed methods of footprinting and cross-linking. In this thesis, studies were undertaken for the development, improvement and optimization of, footprinting and cross-linking coupled with mass spectrometry for the structural analysis of proteins. In footprinting, we developed alternative sources of UV radiation to generate ¿OH radicals from the photolysis of H2O2 to map the solvent exposed surface of proteins as well as the development of a more appropriated technique for quantification of oxidized peptides. The results showed that the proposed sources showed good efficiency in the process of photolysis of H2O2. For cross-linking, fundamental studies were carried out concerning the reactivity of the cross-linkers regarding both the specificity of ALC in respect to amino acid side chains and the kinetics of reaction with proteins as well as hydrolysis reaction. In the experiments it was possible to verify the reactivity of ALC against different nucleophilic groups present in side chains of amino acid residues as well as being susceptible to change in reactivity due to the pH used. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Orientador: Fabio Cesar Gozzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:28:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_AlanadosReis_M.pdf: 3529338 bytes, checksum: 3761ab750ec289d682a00aae3d02ea4b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A espectrometria de massas (MS) desempenha um papel fundamental na proteômica, pois permite a identificação de proteínas, seqüenciamento de peptídeos, determinação de modificações pós-traducionais e análise quantitativa de expressão. Além das análises envolvendo a estrutura primária, há um grande interesse em se aplicar MS para análise de estruturas superiores (terciárias e quaternárias) de proteínas e uma das abordagens promissoras nesta área é a MS acoplada à ligação cruzada. Nesta abordagem, um reagente bifuncional liga covalentemente resíduos de aminoácidos espacialmente próximos e a distância máxima entre esses resíduos é dado pelo tamanho do agente de ligação cruzada (ALC). Nesse trabalho avaliou-se a extensão e exatidão das distâncias interresíduos tanto por simulações de dinâmica molecular quanto por experimentos de MS. As faixas de distâncias calculadas mostram que há sempre uma distância mínima entre resíduos ao qual o ALC pode se ligar, além de determinar o valor máximo para cada um dos ALC estudados (DSG, DSS e DSSeb). Os dados experimentais com proteínas modelo (Ubiquitina, Citocromo C e Mioglobina) mostraram ainda que todos dos peptídeos que apresentavam ligações cruzadas estavam dentro da faixa de alcance determinadas pelas simulações de dinâmica molecular, confirmando a exatidão do método. Os novos valores de tamanho das moléculas de ALC estudados podem agora ser utilizados para a determinação de estruturas superiores de proteínas através da técnica de MS acoplada a ligação cruzada / Abstract: Mass spectrometry (MS) plays a key role in proteomics because it allows the identification of proteins, peptide sequencing, determination of post-translational modifications and quantitative expression analysis. There is a great interest in using MS to perform analysis beyond the primary structure, i. e. tertiary and quaternary structures, and one of the most promising approaches in this filed is MS coupled to cross-linking technique. In this approach, a bifunctional reagent covalently binds amino acid residues that are close in space and the maximum distance between these residues is given by the arm length of the cross-linking agent. In this study we evaluated the extent and accuracy of the inter-residues distances by both molecular dynamics simulations and MS experiments. Simulated distance ranges showed that there is a minimum distance between residues to which the reagent can bind and a maximum value for each of the studied reagents (DSG, DSS and DSSeb). The experimental data from model proteins (Ubiquitin, Cytochrome C and Myoglobin) also showed that all the detected modified peptides were within the ranges determined by the molecular dynamics simulations, confirming the accuracy of the method. The new space arm length values of the reagent molecules can now be used for the determination of proteins higher structures by the MS coupled to cross-linking technique / Mestrado / Quimica Organica / Mestre em Química

Orientador: Fábio César Gozzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T06:35:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_TatianiBrenellide_M.pdf: 10987476 bytes, checksum: 5ef2abf84b79afba4ad901cc1e46c719 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A espectrometria de massas (MS) tem sido bastante utilizada em analises de amostras biológicas, tornando uma ferramenta indispensável para pesquisas na área de proteômica. A ligação cruzada é um processo de união covalente entre dois átomos espacialmente próximas. A ligação cruzada acoplada a MS permite estudos estruturais de proteínas baseado nas restrições de distância determinadas pelos espécies inter- intra-moleculares ligadas entre as cadeias laterais de resíduos de aminoácidos. Essa técnica vem sendo bastante utilizada na análise de interação entre proteínas, entretanto, um aspecto pouco explorado é a analise estrutural de proteínas. O objetivo desse trabalho foi determinar as estruturas terciárias e quaternárias de proteínas de chaperonas moleculares de cana-de-açúcar ou proteínas de choque térmico (do inglês, sugarcane heat shock protein, SHsp) utilizando a técnica de ligação cruzada acoplada com MS e modelagem molecular. As restrições de distâncias obtidas pela ligação cruzada e o gráfico de Ramanchandran foram utilizados para validar as estruturas tridimensionais da SHsp70 e SHsp90 obtidas por modelagem por homologia. Informações adicionais de dinâmica e flexibilidade da SHsp90 foi obtida pela técnica de troca hidrogênio/deutério. As chaperonas moleculares são proteínas importantes presentes em células para evitar o enovelamento incorreto de outras proteínas e suas agregações. Em plantas, fatores que corroboram com a tolerância ao estresse ainda são pouco compreendidos, mas provavelmente as chaperonas moleculares desempenha um papel importante no controle aos danos desse organismo. Desse modo, caracterizar estruturas de Hsp de cana de açúcar é uma informação essencial para a compreensão do mecanismo deste acompanhante de ação. Os estudos estruturais baseados em ligação cruzada acoplada a MS e modelagem por homologia permitiu propor um modelo estrutural para SHsp90 e SHsp70 / Abstract: Mass spectrometry (MS) has been extensively used to analyze biological samples and has advanced as an indispensable tool for proteomics research. Cross-linking is the process of chemically joining two spatially close atoms by covalent bond. The chemical cross-linking coupled to MS allows structural studies of protein based on distance constrains determined by inter- and intra-molecular cross-link between side chains of amino acids residues. This technique has been normally used to analyze protein-protein interaction but is mostly unexplored for structural analysis of proteins. The aim of this work was to investigate tertiary and quaternary structure of sugarcane molecular chaperone or heat shock protein (SHsp) using chemical cross-linking coupled to MS and homology modeling. The distance constrains obtained by chemical crosslinking and Ramachandran plot were used to validate tridimensional structures of SHsp70 and SHsp90 that was predicted by homology modeling. Additional information about flexibility and dynamics of SHsp90 was obtained using hydrogen/deuterium exchange (HDX) coupled to MS. The molecular chaperones are important proteins present in cell that helps prevent incorrect folding of proteins and their aggregation. The stress tolerance in plants is still poorly understood, but heat shock proteins likely play a large role in the plant damage control machinery. Thereby, characterizing Sugarcane Hsp structures is essential information toward the understanding of this chaperone¿s mechanism of action. The structural study of molecular chaperones by chemical cross-linking coupled to MS and homology modelling allowed the generation of a structural model for SHsp90 and SHsp70 / Mestrado / Quimica Organica / Mestra em Química

Orientador: Fábio Cesar Gozzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T04:44:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fioramonte_Mariana_M.pdf: 6585272 bytes, checksum: 7fcc677288d272f3c92f3e3116d43fa5 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Ligação cruzada acoplada à espectrometria de massas (MS) é uma técnica que permite a caracterização estrutural de proteínas e complexos proteicos, especialmente nos casos em que estes não são passíveis de serem analisados por técnicas de alta resolução. O experimento baseia-se na reação de uma proteína ou no complexo proteico com um reagente bifuncional (agente de ligação cruzada, ALC) seguido de análise proteômica shotgun por MS. Isso trás para a técnica todas as vantagens da MS, como alta sensibilidade, rapidez de análise e facilidade de uso. Somente resíduos de aminoácidos espacialmente próximos podem ser ligados covalentemente pelo ALC, de forma que os peptídeos contendo a ligação cruzada, identificadas por MS, servem como restrições de distância entre os aminoácidos na estrutura nativa da proteína ou complexo proteico. O conjunto de peptídeos contendo a ligação cruzada fornece, assim, um conjunto de restrições de distâncias entre os aminoácidos que pode ser utilizado para montar um modelo molecular da proteína ou do complexo. O objetivo principal deste trabalho foi a aplicação da técnica de ligação cruzada acoplada a espectrometria de massas no mapeamento da interação entre as proteínas quinase de adesão focal (FAK), através de seu domínio FERM, e miosina. Esse complexo proteico está envolvido na sinalização molecular para o processo de hipertrofia cardíaca. A hipertrofia cardíaca é considerada um mecanismo de adaptação do miocárdio em resposta a sobrecargas hemodinâmicas e está associada com risco de desenvolvimento de insuficiência cardíaca, arritmias e morte súbita. Estímulos mecânicos são considerados os principais ativadores primários das respostas que conduzem às alterações fenotípicas do miocárdio nas várias doenças cardíacas. A caracterização estrutural do complexo FAK/miosina ao nível molecular permitiu a criação de um modelo molecular deste complexo, que foi validado através de mutações na região de interação entre as proteínas. Esse modelo permite que se entenda o processo de sinalização da hipertrofia ao nível molecular / Abstract: Chemical cross-linking coupled with mass spectrometry (MS) is a technique that allows the structural characterization of proteins and protein complexes, especially when these proteins are not amenable to be analyzed by high resolution techniques. The experiment is based on ther eaction of a protein or protein complex with a bifunctional reagent (cross-linking agent, ALC) followed by shotgun proteome analysis by MS. This brings to the technique all the advantages of MS, such as high sensitivity, short analysis time and ease of use. Only spatially close amino acid residues can be covalently bound by the reagent, so that the cross-linked peptides, identified by MS, serve as distance constraints between amino acids in the native structure of the protein or protein complex. The set of cross-linked peptides thus provides a set distance constraints among amino acids that can be used to build a molecular model of the protein or complex. The main objective of this work was to apply the cross-linking technique coupled to MS to map the interaction between the proteins Focal Adhesion Kinase (FAK), through its FERM domain, and myosin. This protein complex is involved in molecular signaling of the cardiac hypertrophy process. Cardiac hypertrophy is considered an adaptative mechanism of the myocardium in response to hemodynamic overload and it is associated with risk of developing heart failure, arrhythmias and sudden death. Mechamical stimuli are considered the main activator of the primary responses that lead to phenotypic changes of the myocardium in many cardiac diseases. The structural characterization of the complex FAK/myosin at the molecular level has allowed the creation of a molecular model of this complex, which was validated by mutations in the region of interaction between the proteins. This model allows the understanding the signaling processes of hypertrophy at the molecular level / Mestrado / Quimica Organica / Mestra em Química

Orientador: Fábio Cesar Gozzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:34:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferrari_AllanJhonathanRamos_M.pdf: 2074796 bytes, checksum: a9fd65df7da4d527a33e2ef562c91f73 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A Stanniocalcina-1 (STC1) é um hormônio glicoproteico que apresenta padrão de expressão diferencial destacado em diversas patologias, notadamente em neoplasias, mas seus aspectos funcionais e estruturais são pouco explorados até o momento. Nesse sentido, a STC1 foi escolhida como alvo para a utilização de uma abordagem integrativa das técnicas que utilizam os reagentes de ligação cruzada, espectrometria de massas e modelagem molecular para a modelagem estrutural. A partir dos experimentos de ligação cruzada, foram obtidas 37 restrições de distância envolvendo espécies ligadas com DSS, sendo 11 destas espécies com N-terminal e uma restrição envolvendo a espécie dimérica, além das cinco ligações de dissulfeto já publicadas. Essas restrições foram utilizadas para a geração de modelos estruturais nas plataformas online I-Tasser e Quark e, localmente, mais de 100.000 modelos pelo protocolo Ab Initio Relax do software Rosetta em quatro diferentes condições iniciais de modelagem. O Rosetta apresentou maior eficiência na geração de modelos quando ausente arquivo de predição de estrutura secundária. As restrições de distância foram ferramenta discriminatória fundamental para a seleção de estruturas candidatas para a STC1. O agrupamento utilizando o parâmetro global distante test (gdt) das 1500 modelos de menor score que respeitavam todas as restrições identificou 22 estruturas representativas estruturalmente distintas. Essas estruturas representativas podem agora ser utilizadas em testes envolvendo substituição molecular nos dados de difração de raios-X / Abstract: The Stanniocalcin-1 (STC1) is a glycoproteic hormone, which shows a differential expression pattern in a variety of pathologies, especially in neoplasia, but its functional and structural aspects have not been explored. Accordingly, the STC1 was chosen as a target to the use of an integrative approach including chemical cross-linking, mass spectrometry and molecular modeling. From cross-linking experiments,37 distance constrains were identified involving the DSS cross-linker, 11 of them in the N-terminus part of the protein and one involving the dimeric specie, in addition to five disulfide bonds already published. These constrains were used to generate structural models by I-Tasser and Quark online platforms and, locally, more than 100,000 models in the Ab Initio Relax protocol package present in the Rosetta software in four different modeling conditions. Rosetta was the most efficient in generating models when secondary structure prediction was absent. The distance constrains were found to be a key discriminatory tool for the selection of candidate structures for the STC1. For the 1,500 lowest score structures that satisfied the distance constrains, the clustering method employing the global distance test parameter (gdt) identified 22 structurally distinct representative structures. These representative structures can be used to in molecular replacement test to solve the X-Ray diffraction data / Mestrado / Quimica Organica / Mestre em Química

Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) é uma bactéria fitopatógênica que causa de cancro cítrico em plantações no mundo inteiro. Trinta e cinco proteínas alvo foram selecionadas para estudos de proteômica estrutural a partir do genoma de Xac. As proteínas foram clonadas, expressas e testadas usando uma nova metodologia de triagem de proteínas que permite que espectros de RMN 2D 15N-HSQC sejam coletados antes da purificação da proteína em estudo. Esta abordagem possibilitou determinar quais proteínas alvo melhor se adequavam para estudos estruturais futuros por RMN e/ou cristalografia de raios X de forma rápida e eficaz. A proteína ClpS de Xac, descrita como moduladora da atividade da protease bacteriana ClpAP, foi uma das proteínas selecionadas para estudos estruturais por RMN usando esta metodologia. O assinalamento das ressonâncias da cadeia principal e das cadeias laterais desta proteína usando experimentos de tripla ressonância e dados de dinâmica e de troca H/D forneceram informações sobre a sua estrutura secundária. Um modelo tridimensional foi gerado por modelagem por homologia a partir de um homólogo de E. coli e foi validado por acoplamentos dipolares residuais (DHN ) obtidos experimentalmente. Todos os dados RMN sugerem que a região N-terminal de ClpS se apresenta desestruturada. O mapeamento por RMN da interação de ClpS com a sua parceira ClpA é também apresentado. / Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) is a phytopathogenic bacterium that causes citrus canker around the world. Thirty-five target proteins for structural proteomics studies have been selected from the Xac genome. The target proteins were cloned, expressed and tested using a novel screening methodology that allows for 2D 15N-HSQC NMR spectra to be collected prior to the purification of the target protein. This approach allowed us to determine which target proteins were amenable for future structural studies by NMR and/or X-ray crystallography in a fast and efficient manner. The ClpS protein, which has been described as a modulator of substrate specificity of the bacterial protease ClpAP, was one of the proteins selected structural studies by NMR using this methodology. Backbone and side-chain assignment derived from 3D triple resonance NMR experiments and dynamic data from hydrogen-deuterium exchange NMR experiments have provided information on the secondary structure elements of this protein. A model for Xac ClpS was generated by homology modeling from an E. coli homogue and validated using experimentally obtained DHN residual dipolar couplings. All NMR data suggest that the N-terminal region of the protein ClpS is highly unstructured. NMR mapping of the interaction of ClpS with its partner protein ClpA is also presented.

Orientador: Fábio Cesar Gozzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T03:38:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_AlexandreFerreira_D.pdf: 12902505 bytes, checksum: 9ee986003caba0a232a59bff99ccc97d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho foi dividido em dois capítulos, tendo como temática geral a aplicação de técnicas modernas baseadas em espectrometria de massas (MS) no estudo da biotransformação de fármacos (capítulo I) e em proteômica estrutural por ligação cruzada e mobilidade iônica (capítulo II). No capítulo I, foram estudadas rotas de fragmentação por dissociação induzida por colisão (CID), perfis de metabólitos in vivo em ratos e farmacocinética de derivados de 4-anilinoquinazolina, candidatos a inibidores da enzima adenosina quinase (AK), tendo por essa razão potencial terapêutico no tratamento de doenças como hipertensão, Diabetes mellitus, psoríase e doenças inflamatórias crônicas. O comportamento desses compostos em MS foi inicialmente avaliado com base em suas rotas de fragmentação em fase gasosa por MS sequencial, com auxílio de cálculos teóricos para íons precursores e fragmentos em fase gasosa. Esse conhecimento foi então aplicado na determinação dos perfiis de metabólitos de fases I e II in vivo em ratos e de sua farmacocinética utilizando-se métodos de cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada a MS (UPLC-MS). Os resultados permitiram estabelecer as principais vias de fragmentação por CID para essa classe de compostos, bem como os principais metabólitos observados in vivo. No capítulo II, foram realizados estudos fundamentais em proteômica estrutural por MS. Nesse âmbito, o efeito de modificações covalentes advindas de reações de ligação cruzada nas conformações de proteínas-modelo foi investigado empregando-se a técnica de mobilidade iônica acoplada a MS (IM-MS) em duas abordagens instrumentais distintas, que permite determinar as seções de choque de colisão (CCS) de íons em fase gasosa. Os resultados obtidos dos experimentos de IM-MS, aliados a dados provenientes de simulações de dinâmica molecular (MD) dos sistemas em questão, permitiram concluir que as modificações de ligação cruzada aumentam a resistência dos íons de proteína em fase gasosa ao processo de desenovelamento, e geram íons mais compactos em fase gasosa (menor CCS). Um modelo foi proposto para explicar esse fenômeno, correlacionando as conformações observadas com a carga líquida e densidade de carga dos íons de proteínas em fase gasosa / Abstract: This work was divided in two chapters, both grouped under the general theme of application of modern mass spectrometry (MS)-based techniques to the study of drug biotransformation (chapter I) and in structural proteomics by chemical cross-linking and ion mobility (chapter II). In chapter I, collision-induced dissociation (CID) routes, in vivo rat metabolite profiles and pharmacokinetics of a series of 4-anilinoquinazoline derivatives were studied. These derivatives are potential adenosine kinase (AK) inhibitors, having therapeutic potential in treatment of diseases such as hypertension, Diabetes mellitus, psoriasis and chronic inflammatory diseases. The mass spectrometric behavior of such derivatives was initially evaluated in terms of their fragmentation routes by sequential MS, aided by theoretical calculations for gas phase precursor and fragment ions. This knowledge was then applied in the determination of in vivo phase I and II metabolite profiles in rats, as well as pharmacokinetics, using ultra performance liquid chromatography coupled to MS (UPLC-MS). Results allowed the establishment of main CID fragmentation routes for this class of compounds, as well as the main metabolites observed in vivo. The focuses of chapter II were fundamental studies in structural proteomics by a combination of chemical cross-linking, ion mobility and MS. More specifically, the effect of covalent modifications introduced by chemical cross-linking in the conformations of model proteins was investigated by ion mobility-MS (IM-MS) techniques, which allows the determination of collision cross sections (CCS) for gas phase ions. Results from IM-MS experiments, together with data from molecular dynamics (MD) simulations of the studied systems, indicate that the cross-linking modifications increase the resistance of protein ions to gas phase unfolding, also generating more compact ions in the gas phase (smaller CCS). A model was developed to explain this phenomenon, correlating the observed conformations with net charge and charge density of the gas phase protein ion / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) é uma bactéria fitopatógênica que causa de cancro cítrico em plantações no mundo inteiro. Trinta e cinco proteínas alvo foram selecionadas para estudos de proteômica estrutural a partir do genoma de Xac. As proteínas foram clonadas, expressas e testadas usando uma nova metodologia de triagem de proteínas que permite que espectros de RMN 2D 15N-HSQC sejam coletados antes da purificação da proteína em estudo. Esta abordagem possibilitou determinar quais proteínas alvo melhor se adequavam para estudos estruturais futuros por RMN e/ou cristalografia de raios X de forma rápida e eficaz. A proteína ClpS de Xac, descrita como moduladora da atividade da protease bacteriana ClpAP, foi uma das proteínas selecionadas para estudos estruturais por RMN usando esta metodologia. O assinalamento das ressonâncias da cadeia principal e das cadeias laterais desta proteína usando experimentos de tripla ressonância e dados de dinâmica e de troca H/D forneceram informações sobre a sua estrutura secundária. Um modelo tridimensional foi gerado por modelagem por homologia a partir de um homólogo de E. coli e foi validado por acoplamentos dipolares residuais (DHN ) obtidos experimentalmente. Todos os dados RMN sugerem que a região N-terminal de ClpS se apresenta desestruturada. O mapeamento por RMN da interação de ClpS com a sua parceira ClpA é também apresentado. / Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) is a phytopathogenic bacterium that causes citrus canker around the world. Thirty-five target proteins for structural proteomics studies have been selected from the Xac genome. The target proteins were cloned, expressed and tested using a novel screening methodology that allows for 2D 15N-HSQC NMR spectra to be collected prior to the purification of the target protein. This approach allowed us to determine which target proteins were amenable for future structural studies by NMR and/or X-ray crystallography in a fast and efficient manner. The ClpS protein, which has been described as a modulator of substrate specificity of the bacterial protease ClpAP, was one of the proteins selected structural studies by NMR using this methodology. Backbone and side-chain assignment derived from 3D triple resonance NMR experiments and dynamic data from hydrogen-deuterium exchange NMR experiments have provided information on the secondary structure elements of this protein. A model for Xac ClpS was generated by homology modeling from an E. coli homogue and validated using experimentally obtained DHN residual dipolar couplings. All NMR data suggest that the N-terminal region of the protein ClpS is highly unstructured. NMR mapping of the interaction of ClpS with its partner protein ClpA is also presented.