The Lactococcus lactis Ll.LtrB group II intron encodes a reverse transcriptase (LtrA protein), which binds the intron RNA to promote RNA splicing and intron mobility. Mobility occurs by intron RNA reverse splicing directly into a DNA strand and reverse transcription by LtrA. I used LtrA-GFP fusions and immunofluorescence microscopy to show that LtrA localizes to the cellular poles in both Escherichia coli and L. lactis. This polar localization occurs with or without co-expression of the intron RNA, is observed over a wide range of cellular growth rates and expression levels, and is independent of replication origin function. The same localization pattern was found for three non-overlapping LtrA subsegments, reflecting dependence on common redundant signals and/or protein physiochemical properties. When coexpressed in E. coli, LtrA interferes with the polar localization of the Shigella IcsA protein, which mediates polarized actin tail assembly, suggesting competition for a common localization determinant. In E. coli, the Ll.LtrB intron inserts preferentially into the chromosomal ori and ter regions, which are pole localized during much of the cell cycle. Thus, the polar localization of LtrA could account for the preferential insertion of the Ll.LtrB intron in these regions. I established a high throughput method using cellular array and automated fluorescence microscopy for screening transposon-induced mutants, and identified five E. coli genes (gppA, uhpT, wcaK, ynbC, and zntR) in which disruptions result in increased proportion of cells having diffuse LtrA distribution. This altered localization is correlated with a more uniform distribution of Ll.LtrB insertion sites throughout the E. coli genome. Finally, I find that altered LtrA localization in all five disruptants is correlated with accumulation and more diffuse intracellular distribution of polyphosphate, and that a ppx disruptant, which also results in polyphosphate accumulation, shows similar LtrA mislocalization. These findings may reflect interaction between LtrA and intracellular polyphosphate. My findings support the hypothesis that the intracellular localization of LtrA is a major determinant of Ll.LtrB insertion site preference in the E. coli genome. Further, they show that alterations in polyphosphate metabolism can lead to protein mislocalization, and suggest that polyphosphate is an important factor affecting intracellular protein localization.

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Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst. / Härtill 6 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2004. / Supervisor: Andrew D. Ellington. Vita. Includes bibliographical references.

Thesis (M. Med. Sc.)--University of Hong Kong, 2006.

abstract: Telomerase is a unique reverse transcriptase that has evolved specifically to extend the single stranded DNA at the 3' ends of chromosomes. To achieve this, telomerase uses a small section of its integral RNA subunit (TR) to reiteratively copy a short, canonically 6-nt, sequence repeatedly in a processive manner using a complex and currently poorly understood mechanism of template translocation to stop nucleotide addition, regenerate its template, and then synthesize a new repeat. In this study, several novel interactions between the telomerase protein and RNA components along with the DNA substrate are identified and characterized which come together to allow active telomerase repeat addition. First, this study shows that the sequence of the RNA/DNA duplex holds a unique, single nucleotide signal which pauses DNA synthesis at the end of the canonical template sequence. Further characterization of this sequence dependent pause signal reveals that the template sequence alone can produce telomerase products with the characteristic 6-nt pattern, but also works cooperatively with another RNA structural element for proper template boundary definition. Finally, mutational analysis is used on several regions of the protein and RNA components of telomerase to identify crucial determinates of telomerase assembly and processive repeat synthesis. Together, these results shed new light on how telomerase coordinates its complex catalytic cycle. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Chemistry 2014

Os inibidores não nucleosídeos da transcriptase reversa (NNRTI) são substâncias que são usadas no combate ao vírus HIV (Vírus da Imunodeficiência Humana). Quando essas moléculas se ligam a RT elas promovem uma mudança conformacional nessa enzima tornando o sítio ativo catalítico inativo. Embora os NNRTI representem um importante componente da quimioterapia anti-HIV, sua utilidade clínica está ameaçada pela emergência de vírus que apresentam mutações que os tornam resistentes aos NNRTI. Por exemplo, com a mutação Y181C a RT se torna resistente ao inibidor 9 Cl-TIBO, pertencente a classe dos NNRTI. A perda de interações do tipo ??? stacking é apontada como uma das razões para o surgimento de resistência da enzima RT frente aos NNRTI. Embora estas interações exerçam um papel relevante na ação de um inibidor, não existem estudos que buscam analisá-las baseada na mecânica quântica. Em virtude desse fato, o objetivo desse trabalho é empregar as potencialidades do uso das técnicas que analisam a função de onda, como orbitais naturais de ligação (NBO), análise populacional natural (NPA) e a densidade eletrônica, através do método AIM (átomos em moléculas), para obter uma compreensão aprofundada das interações estabilizadoras ou desestabilizadoras entre um NNRTI e os aminoácidos do sítio alostérico em contato com o inibidor. Foi escolhida para esse estudo inibidores da classe TIBO, pois essa classe de moléculas têm sido objeto de estudo em nosso laboratório, onde já foi feita a sua análise conformacional e um estudo QSAR-3D. Além disso, essas substâncias encontram-se complexadas com a enzima HIV-1 RT selvagem e também com essa enzima mutante (Y181C). Uma terceira estrutura cristalina usada no estudo foi a do inibidor 9 Cl-TIBO. Com isso as propostas desse trabalho foram: i) elucidar quais os tipos de interações não covalentes que ocorrem entre o inibidor TIBO e os aminoácidos do seu sítio ativo; ii) quais as possíveis causas da perda de atividade com a mutação Y181C; iii) tentar apontar qual a razão da maior atividade do inibidor 8 Cl-TIBO frente ao 9 Cl-TIBO. Para cumprir esses objetivos foi realizada a análise geométrica, da função de onda, utilizando os métodos NBO, NPA e da densidade eletrônica empregando o método AIM, assim como, a análise da energia de interação de inibidores da família TIBO com os aminoácidos Y181 (C181), K101, Y188 e H235. A análise geométrica dos monômeros TIBO revelou que os dois inibidores (8 e 9 Cl-TIBO) apresentam conformações diferentes. Pelos métodos NBO e AIM foi verificada a existência de interações do tipo C-H???S e C-H???Cl na 8 Cl-TIBO. Apenas a primeira interação foi observada no inibidor 9 Cl-TIBO, o que dá a esta molécula uma maior liberdade conformacional. Além disso, a sobreposição da estrutura dos dímeros TIBO/Y188 revelou que a distância entre o inibidor 8 Cl-TIBO e o aminoácido Y188 (M) é a mais curta. A análise NBO e AIM das interações intermoleculares dos dímeros TIBO/Y181 (C181) e TIBO/Y188 demonstraram que as interações dos inibidores com os aminoácidos são estabilizadas por interações hidrofóbicas do tipo van der Waals, além de ligações de hidrogênio fracas do tipo C-H???N e C-H???O. Os dímeros 8 Cl-TIBO/H235 apresentam apenas uma ligação de hidrogênio fraca do tipo C-H???O. A interação dos dímeros TIBO/K101 é estabilizada, de acordo com as análises NBO e AIM, por duas ligações de hidrogênio do tipo N-H???O e N-H???S. A primeira interação tem sido descrita em vários trabalhos, mas é a primeira vez que segunda é reportada. A análise NPA e a soma das energias eletrônicas de estabilização, ??E(2), ambas obtidas pelo método NBO, juntamente com o valor da densidade no BCP (ponto crítico de ligação), oriunda do método AIM, indicam que a mutação Y181C afeta a interação do inibidor não somente com o aminoácido na posição em que ela ocorre, mas também com os aminoácidos K101, Y188 e H235. O valor de ??E(2) para a interação do inibidor TIBO com os aminoácidos Y181 (C181), K101, Y188 e H235 indicam que o inibidor 8 Cl-TIBO apresenta uma interação mais efetiva com esses aminoácidos do que a 9 Cl-TIBO. Esse resultado é bastante interessante é mostra que ??E(2) pode ser utilizado como um parâmetro qualitativo para analisar as diferenças de atividade biológica observadas para diferentes ligantes que atuam sobre um mesmo sítio ativo. / Os inibidores não nucleosídeos da transcriptase reversa (NNRTI) são substâncias que são usadas no combate ao vírus HIV (Vírus da Imunodeficiência Humana). Quando essas moléculas se ligam a RT elas promovem uma mudança conformacional nessa enzima tornando o sítio ativo catalítico inativo. Embora os NNRTI representem um importante componente da quimioterapia anti-HIV, sua utilidade clínica está ameaçada pela emergência de vírus que apresentam mutações que os tornam resistentes aos NNRTI. Por exemplo, com a mutação Y181C a RT se torna resistente ao inibidor 9 Cl-TIBO, pertencente a classe dos NNRTI. A perda de interações do tipo pi-stacking é apontada como uma das razões para o surgimento de resistência da enzima RT frente aos NNRTI. Embora estas interações exerçam um papel relevante na ação de um inibidor, não existem estudos que buscam analisá-las baseada na mecânica quântica. Em virtude desse fato, o objetivo desse trabalho é empregar as potencialidades do uso das técnicas que analisam a função de onda, como orbitais naturais de ligação (NBO), análise populacional natural (NPA) e a densidade eletrônica, através do método AIM (átomos em moléculas), para obter uma compreensão aprofundada das interações estabilizadoras ou desestabilizadoras entre um NNRTI e os aminoácidos do sítio alostérico em contato com o inibidor. Foi escolhida para esse estudo inibidores da classe TIBO, pois essa classe de moléculas têm sido objeto de estudo em nosso laboratório, onde já foi feita a sua análise conformacional e um estudo QSAR-3D. Além disso, essas substâncias encontram-se complexadas com a enzima HIV-1 RT selvagem e também com essa enzima mutante (Y181C). Uma terceira estrutura cristalina usada no estudo foi a do inibidor 9 Cl-TIBO. Com isso as propostas desse trabalho foram: i) elucidar quais os tipos de interações não covalentes que ocorrem entre o inibidor TIBO e os aminoácidos do seu sítio ativo; ii) quais as possíveis causas da perda de atividade com a mutação Y181C; iii) tentar apontar qual a razão da maior atividade do inibidor 8 Cl-TIBO frente ao 9 Cl-TIBO. Para cumprir esses objetivos foi realizada a análise geométrica, da função de onda, utilizando os métodos NBO, NPA e da densidade eletrônica empregando o método AIM, assim como, a análise da energia de interação de inibidores da família TIBO com os aminoácidos Y181 (C181), K101, Y188 e H235. A análise geométrica dos monômeros TIBO revelou que os dois inibidores (8 e 9 Cl-TIBO) apresentam conformações diferentes. Pelos métodos NBO e AIM foi verificada a existência de interações do tipo C-H???S e C-H???Cl na 8 Cl-TIBO. Apenas a primeira interação foi observada no inibidor 9 Cl-TIBO, o que dá a esta molécula uma maior liberdade conformacional. Além disso, a sobreposição da estrutura dos dímeros TIBO/Y188 revelou que a distância entre o inibidor 8 Cl-TIBO e o aminoácido Y188 (M) é a mais curta. A análise NBO e AIM das interações intermoleculares dos dímeros TIBO/Y181 (C181) e TIBO/Y188 demonstraram que as interações dos inibidores com os aminoácidos são estabilizadas por interações hidrofóbicas do tipo van der Waals, além de ligações de hidrogênio fracas do tipo C-H???N e C-H???O. Os dímeros 8 Cl-TIBO/H235 apresentam apenas uma ligação de hidrogênio fraca do tipo C-H???O. A interação dos dímeros TIBO/K101 é estabilizada, de acordo com as análises NBO e AIM, por duas ligações de hidrogênio do tipo N-H???O e N-H???S. A primeira interação tem sido descrita em vários trabalhos, mas é a primeira vez que segunda é reportada. A análise NPA e a soma das energias eletrônicas de estabilização, ambas obtidas pelo método NBO, juntamente com o valor da densidade no BCP (ponto crítico de ligação), oriunda do método AIM, indicam que a mutação Y181C afeta a interação do inibidor não somente com o aminoácido na posição em que ela ocorre, mas também com os aminoácidos K101, Y188 e H235. O valor das energias eletrônicas de estabilização para a interação do inibidor TIBO com os aminoácidos Y181 (C181), K101, Y188 e H235 indicam que o inibidor 8 Cl-TIBO apresenta uma interação mais efetiva com esses aminoácidos do que a 9 Cl-TIBO. Esse resultado é bastante interessante é mostra que energias eletrônicas de estabilização pode ser utilizado como um parâmetro qualitativo para analisar as diferenças de atividade biológica observadas para diferentes ligantes que atuam sobre um mesmo sítio ativo

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Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 5 uppsatser.