Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-05-26Bitstream added on 2014-06-13T19:19:51Z : No. of bitstreams: 1 silva_mta_dr_araiq.pdf: 3269290 bytes, checksum: 226805a8de91ee25f88e83234f61efa0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A família Trypanosomatidae inclui diversos parasitas protozoários responsáveis por diferentes doenças humanas. Várias evidências sugerem importantes diferenças entre a maquinária de tradução e processamento de mRNA (trans-splicing) em Tripanosomatídeos quando comparados com eucariótos superiores. Neste contexto, alguns fatores importantes para o funcionamento da célula eucarióticas são os pequenos complexos constituídos de proteínas e RNA, chamados de ribonucleoproteínas (U snRNPs). Esta partículas possuem papel essencial no processamento de RNA mensageiros e durante a reação de splicing apresenta um core comum composto por proteínas (proteínas Sm) and RNAs estruturais (U snRNAs) e um conjunto de proteínas específicas de cada complexo. Embora bem definidas em mamíferos, snRNPs permanecem pouco caracterizadas em Tripanosomatídeos. Ferramentos de bioinformática identificaram quatro possíveis proteínas específicas do complexo U5 snRNP (U5-15K, U5-40K, U5-102K e U5-116K), e importantes parâmetros foram determinados, como peso molecular estimado, domínios e motivos conservados. Este trabalho demonstrou que U5-15K e 45-102K são altamente conservadas entre o Tripanosomatídeos e os domínios Dim1 and Prp1 foram identificados, respectivamente. Técnicas de purificação de complexos (PTP-tag) revelaram que estas proteínas interagem com o U5 snRNA, sugerindo que participem do complexo U5 snRNP. Análises funcionais demonstraram que U5-15K é essencial para viabilidade celular e que de alguma forma esta asssociada tanta a reação de cis quanto de tras-splcing. Experimentos de imunolocalização de U5-15K and U5-102K corroboram este dados, uma vez que as protínas em questão possuem localização nuclear. / There are several protozoan parasites in Trypanosomatidae family, including different agents responsible for human diseases. Several evidences suggest important differences in the translational system and mRNA processing (trans-splicing) in Trypanosomatids when compared to higher eukaryotes. In this context, some important factors for the functioning of eukaryotic cells are the small complexes of RNA and proteins; these particles of ribonucleoproteins (UsnRNPs) have an essential role in the pre-mRNA processing, mainly during splicing. UsnRNP presents a common protein core associated between itself and with the snRNA, named Sm proteins and specific proteins of each snRNP. Even though they are well defined in mammals, snRNPs are still not well characterized in certain Trypanosomatids. Bioinformatics analysis identified four possible U5 snRNP specific proteins (U5-15K, U5-40K, U5-102K and U5-116K), and important parameters were determinated, as estimated molecular weight, motifs and conserved domains. This work shows that the U5-15K and U5-102K proteins are highly conserved among different Tryponosomatids species and Dim1 and Prp1 domains were identified, respectively. Tandem affinity pull-down assay revealed that these proteins interact with U5snRNA, suggesting its participation in U5snRNP particle, and functional analysis showed that U5-15K is essential for cell viability and it is associated in some way to trans and cis-splicing machinery. Immunolocalization experiments corroborated those data, showed U5-15K and U5-102K in the nucleus of the cell.

A doença de Chagas é uma doença negligenciada com aproximadamente 8 milhões de pessoas cronicamente infectadas e mais de 40 milhões sob risco de infecção. Atualmente as poucas drogas disponíveis para o tratamento da doença são limitadas em relação à eficácia e tolerância, o que evidencia a necessidade de novos alvos terapêuticos visando o desenvolvimento de drogas eficazes para o tratamento da doença. Estudos têm descrito a importância dos aminoácidos no ciclo de vida do T. cruzi, que além de atuarem na síntese proteica e no metabolismo energético, estão relacionados a diferentes funções no parasito. Apesar de estudos anteriores indicarem os aminoácidos de cadeia ramificada (BCAA - leucina, isoleucina e valina) como integrantes do metabolismo em T. cruzi é curioso o fato de ainda haver poucos estudos na literatura sobre a identificação de funções relevantes dos BCAA para a biologia do parasita, bem como associados a outros aminoácidos do T. cruzi. Esse projeto teve o propósito de: (1) Avaliar o papel biológico que os BCAA tem ao longo do ciclo de vida do parasita, com especial enfase nos processos de diferenciação, (2) Avaliar o transporte dos BCAA em T. cruzi. (2) Caracterizar cinéticamente se as enzimas transaminases tirosina aminotransferase TAT e aspartato aminotransferase ASAT catalisam a reação de desaminação/aminação dos derivados de BCAA. (3) Avaliar o papel funcional do complexo enzimático desidrogenase de alfa-cetoácidos ramificados BCAKDH. (4) Estudar a localização intracelular do complexo enzimático nas formas do parasita. (5) Avaliar os o potencial terapêutico. (6) Investigar a funcionalidade do mesmo e as proteinas associadas ao complexo enzimático BCAKDH. / Chagas disease is a neglected disease with approximately 8 million people chronically infected and more than 40 million at risk of infection. Currently the few drugs available for the treatment of the disease are limited in relation to efficacy and tolerance, which highlights the need for new therapeutic targets aimed at the development of drugs effective for the treatment of the disease. Studies have described the importance of amino acids in the life cycle of T. cruzi, which in addition to acting on protein synthesis and energetic metabolism, are related to different functions in the parasite. Although previous studies indicate branched chain amino acids (BCAA - leucine, isoleucine and valine) as components of metabolism in T. cruzi, it is curious that there are still few studies in the literature on the identification of relevant BCAA functions for the biology of parasite, as well as associated with other T. cruzi amino acids. The purpose of this project was to: (1) Evaluate the biological role of BCAAs in the life cycle of the parasite, with special emphasis on differentiation processes; (2) Evaluate BCAA transport in T. cruzi. (2) Kinetically characterize whether the enzymes transaminases tyrosine aminotransferase TAT and aspartate aminotransferase ASAT catalyze the deamination / amination reaction of the BCAA derivatives. (3) To evaluate the functional role of the enzymatic complex dehydrogenase of branched alpha-ketoacids BCAKDH. (4) To study the intracellular localization of the enzymatic complex in the forms of the parasite. (5) Evaluate the therapeutic potential. (6) Investigate the functionality of the proteins associated with the enzymatic complex BCAKDH.

Orientador: Regina Maria Barretto Cicarelli / Banca: Maria Teresa Marques Novo / Banca: Cleslei Fernando Zanelli / Banca: Marcia Aparecida Silva Graminha / Banca: Otávio Henrique Thiemann / Resumo: A família Trypanosomatidae inclui diversos parasitas protozoários responsáveis por diferentes doenças humanas. Várias evidências sugerem importantes diferenças entre a maquinária de tradução e processamento de mRNA (trans-splicing) em Tripanosomatídeos quando comparados com eucariótos superiores. Neste contexto, alguns fatores importantes para o funcionamento da célula eucarióticas são os pequenos complexos constituídos de proteínas e RNA, chamados de ribonucleoproteínas (U snRNPs). Esta partículas possuem papel essencial no processamento de RNA mensageiros e durante a reação de splicing apresenta um core comum composto por proteínas (proteínas Sm) and RNAs estruturais (U snRNAs) e um conjunto de proteínas específicas de cada complexo. Embora bem definidas em mamíferos, snRNPs permanecem pouco caracterizadas em Tripanosomatídeos. Ferramentos de bioinformática identificaram quatro possíveis proteínas específicas do complexo U5 snRNP (U5-15K, U5-40K, U5-102K e U5-116K), e importantes parâmetros foram determinados, como peso molecular estimado, domínios e motivos conservados. Este trabalho demonstrou que U5-15K e 45-102K são altamente conservadas entre o Tripanosomatídeos e os domínios Dim1 and Prp1 foram identificados, respectivamente. Técnicas de purificação de complexos (PTP-tag) revelaram que estas proteínas interagem com o U5 snRNA, sugerindo que participem do complexo U5 snRNP. Análises funcionais demonstraram que U5-15K é essencial para viabilidade celular e que de alguma forma esta asssociada tanta a reação de cis quanto de tras-splcing. Experimentos de imunolocalização de U5-15K and U5-102K corroboram este dados, uma vez que as protínas em questão possuem localização nuclear. / Abstract:There are several protozoan parasites in Trypanosomatidae family, including different agents responsible for human diseases. Several evidences suggest important differences in the translational system and mRNA processing (trans-splicing) in Trypanosomatids when compared to higher eukaryotes. In this context, some important factors for the functioning of eukaryotic cells are the small complexes of RNA and proteins; these particles of ribonucleoproteins (UsnRNPs) have an essential role in the pre-mRNA processing, mainly during splicing. UsnRNP presents a common protein core associated between itself and with the snRNA, named Sm proteins and specific proteins of each snRNP. Even though they are well defined in mammals, snRNPs are still not well characterized in certain Trypanosomatids. Bioinformatics analysis identified four possible U5 snRNP specific proteins (U5-15K, U5-40K, U5-102K and U5-116K), and important parameters were determinated, as estimated molecular weight, motifs and conserved domains. This work shows that the U5-15K and U5-102K proteins are highly conserved among different Tryponosomatids species and Dim1 and Prp1 domains were identified, respectively. Tandem affinity pull-down assay revealed that these proteins interact with U5snRNA, suggesting its participation in U5snRNP particle, and functional analysis showed that U5-15K is essential for cell viability and it is associated in some way to trans and cis-splicing machinery. Immunolocalization experiments corroborated those data, showed U5-15K and U5-102K in the nucleus of the cell. / Doutor

Les progrès récents dans la modélisation informatique des réseaux biologiques permettent maintenant aux chercheurs d'étudier le métabolisme cellulaire des organismes. Dans ce projet, ces approches ont été utilisées pour analyser le métabolisme de Trypanosoma brucei. Ce parasite protozoaire est responsable de la trypanosomiase africaine, une maladie mortelle chez l'homme et qui entraine des dégâts importants dans les élevages. Ce parasite est principalement retrouvé dans les régions d'Afrique sub-sahariennes. Durant cette thèse, des informations sur le métabolisme de T. brucei ont été recueillies à partir d'études publiées, bases de données et de communication personnelle avec des experts qui étudient les différents aspects du métabolisme des trypanosomatides. Cette information a été mise à disposition de la communauté à travers la base de données TrypanoCyc. La base de données a été publiée en Novembre 2014 et a eu plus de 4200 visiteurs provenant de plus de cent pays depuis Novembre 2015. Un modèle métabolique à l'échelle du génome de T. brucei a également été reconstruit sur la base des informations recueillies. Ce modèle a permis de faciliter l'étude du métabolisme de T. brucei en utilisant une approche de biologie des systèmes. Des algorithmes basés sur l'analyse de balance des flux ont été conçus pour optimiser la visualisation et l'étude des propriétés métaboliques du parasite. En utilisant l'algorithme iMat, des modèles spécifiques de la forme sanguine de T. brucei ont été générés à partir des informations fournies par les études publiées et les annotations présentent dans. Enfin, un algorithme a été conçu pour optimiser encore ces modèles spécifiques afin d'améliorer la cohérence de leurs prédictions avec les résultats publiés. Les modèles ainsi créés, spécifiques à la forme sanguine, ont montré une meilleure puissance prédictive que le modèle initial à l'échelle du génome, en particulier pour prédire le comportement métabolique spécifique de différents mutants de T. brucei. / Recent advances in computational modelling of biological networks have helped researchers study the cellular metabolism of organisms. In this project, these approaches were used to analyze Trypanosoma brucei metabolism. This protozoan parasite is the causative agent of African trypanosomiasis, a lethal disease which has been responsible for huge loss of lives and livestock in Sub- Saharan Africa since ancient times. Information on T. brucei metabolism was gathered from published studies, databases and from personal communication with experts studying different areas of Trypanosomatid research. This information has been presented to the public through the TrypanoCyc Database, a community annotated T. brucei database. The database was published in November 2014 and has had over 4200 visitors from more than 100 countries as of November 2015. A manually curated genome-scale metabolic model for T. brucei was also built based on the gathered information to facilitate the study of T. brucei metabolism using systems biology approaches. Flux balance analysis based algorithms were designed to optimize visualization and study interesting metabolic properties. Blood-stream form specific metabolic models were generated using information available from published studies and the TrypanoCyc annotations with the help of the iMAT algorithm. Finally, an algorithm was designed to further optimize these stage specific models to improve the consistency of their predictions with results published in previous studies. These stage-specific models were observed to have a clear advantage over the genome-scale model when predicting stage-specific behaviour of T. brucei, particularly when predicting mutant behaviour.

Trypanosoma cruzi e Trypanosoma brucei são os agentes etiológicos da doença de Chagas e da doença do sono, respectivamente. Ambos são tripanossomatídeos, apresentam um ciclo de vida que alterna entre os hospedeiros mamíferos e os hospedeiros invertebrados e apresentam o metabolismo baseado no consumo de aminoácidos e/ou glicose, dependendo da disponibilidade de nutrientes no ambiente. Neste trabalho foi demonstrado a importância da glutamina (Gln) em diferentes aspectos da biologia do T. cruzi e a relevância da Gln e da enzima glutamina sintetase (GS) para formas sanguícolas de T. brucei. A Gln é transportada pelo T. cruzi e pelo T. brucei a partir do meio externo. Em T. cruzi foi demonstrado que esse transporte é realizado por um único sistema, saturável, específico, dependente de ATP e do gradiente de H+ na menbrana do parasita. Também foi demonstrado que a Gln é importante para replicação das formas amastigotas e epimastigotas, além de promover o processo de metaciclogênese. Tratamento com análogos estruturais da Gln dimuiu a proliferação do estágio epimastigota e também a diferenciação para tripomastigota metacíclico. Além do mais células infectadas e tratadas com os análogos apresentaram redução do número de tripomastigotas que eclodiram das células, demonstrando que a Gln também é importante para os estágios intracelulares. Em formas sanguícolas de T. brucei, a enzima GS é ativa, mas é incapaz de suprir a necessidade de Gln do parasita, fazendo com que seja completamente dependente do transporte a partir do meio externo. A Gln é importante para a proliferação formas sanguícolas e correta progressão do ciclo celular. Em meio sem Gln os parasitas são incapazes de manter a proliferação normalmente, sendo que este processo é dependente da concentração de Gln no meio externo. Também foi demonstrado que a Gln participa do processo de modificação pós-traducional de glutamilação da tubulina. Conclui-se portanto que a Gln é um aminoácido fundamental para sobrevivência do T. cruzi e do T. brucei. / Trypanosoma cruzi and Trypanosoma brucei are the etiologic agent of Chagas disease and sleeping sickness, respectively. Both parasites are trypanosomatids that have a complex life cycle, which alternates between a mammalian host and insect vector. T. cruzi and T. brucei are able to use carbohydrates and amino acids as energy source, depending on availability of nutrients in the different environments that parasites go through in the life cycle. In this work we demonstrate that glutamine (Gln) is an important metabolite that participates in many biological processes in T. cruzi, and the relevance of the enzyme glutamine synthetase and Gln in bloodstream forms of T. brucei. T. cruzi and T. brucei are able to uptake Gln from the medium. T. cruzi incorporate Gln through a single and saturable transport system. Gln uptake system is dependent on ATP intracellular levels and H+ gradient and is a highly specific system. Also was demonstrated that Gln is important to replicative stages amastigote and epimastigote, and promotes the metacyclogenesis process. The treatment with Gln analogs impared the epimastigote replication and the differentiation from epimastigote to trypomastigote metacyclic. Moreover, analogs treatment in the infected cells decrease the number of trypomastigotes released from the cells, suggesting that Gln is important to intracellular development of T. cruzi. This work also demonstrates that the enzyme glutamine synthetase is active in bloodstream forms from T. brucei, but is not enough to produce the amount of Gln required by the parasite. T. brucei, bloodstream forms are completely dependent of Gln uptake from the medium. The proper proliferation rate and correct cell cycle progress are dependent of Gln concentration in the medium. Moreover Gln participates in the tubulin glutamylation process in bloodstream forms; this is a post translational modification that is important to microtubules dynamics and cytokinesis process. We concluded that Gln is a fundamental amino acid to maintenance of T. cruzi and T. brucei.