O trabalho aqui desenvolvido teve como objeto o estudo estrutural e funcional de várias proteínas do fitopatógeno Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac), dentre as quais se destacam as proteínas hipotéticas conservadas YaeQ e SufE, as proteínas RpfC, RpfF e RpfG envolvidas em quorum sensing e proteínas PilZ, FimX e PilB envolvidas na biogênese do pilus tipo IV. Para o desenvolvimento deste trabalho foram utilizadas diferentes técnicas incluindo: clonagem, expressão, purificação, desnaturação térmica, cristalografia, difração de raios-X, RMN, ensaios de 2-híbrido, produção de nocautes, mutação sítio dirigida, Western- e Far- Western, entre outras. Dentre os resultados mais importantes obtidos temos a determinação estrutural das proteínas YaeQ e PilZ pela técnica MAD. Em ambos os casos, as estruturas representaram topologias inéditas. Com base nos dados estruturais, mostramos que YaeQ pertence à família PD-(D/E)XK presente em endonucleases dependentes de magnésio, e a partir de ensaios funcionais obtivemos evidências que sugerem que YaeQ está envolvida em alguma via de reparo de DNA em Xac. A estrutura tridimensional de PilZ revelou uma inesperada variedade estrutural dentro da família PilZ e mostrou de forma clara porque ortólogos não interagem com o segundo mensageiro bacteriano, c-diGMP. A cadeia principal de PilZ foi assinalada por RMN e a estrutura secundária de PilZ em solução é consistente com aquela determinada por cristalografia. Duas proteínas que interagem com PilZ foram identificadas: PilB e FimX. Como PilZ, ambos exercem papéis na biogênese do pilus tipo IV (T4P). Mostramos que PilZ interage especificamente com o domínio EAL de FimX e que resíduos conservados na região do C-terminal de PilZ estão envolvidos na interação com PilB, mas não com FimX. Ensaios de mutação sítio dirigida mostraram que a Y22 de PilZ pode estar envolvida na regulação da interação de PilZ com FimX e com PilB. Apesar de PilZ não interagir com c-diGMP seu parceiro, FimX, interage. PilZ consegue interagir com PilB ao mesmo tempo em que interage com FimX, formando um complexo ternário que é independente da interação de FimX com c-diGMP. Com base em todos estes resultados propusemos possíveis mecanismos de ação de PilZ e FimX no controle da biogênese do T4P. Além dos resultados acima descritos, determinamos a estrutura de SufE e mostramos que esta aumenta a atividade cisteína dessulfarase de seu parceiro, SufS, em torno de 10 vezes, como ocorre com SufE-SufS de E.coli. Clonamos, expressamos, purificamos e fizemos ensaios de cristalização de algumas proteínas envolvidas no controle de quorum sensing em Xac. Tivemos êxito na cristalização do domínio HPT (histidina fosfotransferase) da proteína chave deste sistema, RpfC / The aim of the project was to perform structural and functional studies of different Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) proteins including the hypothetical proteins YaeQ and SufE; RpfC, RpfF and RpfG involved in the quorum sensing and PilZ, FimX and PilB that play roles in type IV pilus (T4P) biogenesis. Several experimental techniques were employed including cloning, expression and purification of recombinant proteins, thermal denaturation, protein crystallography, X-ray diffraction, NMR, two-hybrid assays, Western- and Far-Western Blotting assays, site direct mutagenesis, and the production of Xac knockouts strains. The most important results include the determination of the three-dimensional crystal structures of PilZ and YaeQ using the MAD technique. In both cases, the structures reveled new protein topologies. The comparison of the YaeQ structure with others deposited in public databases revealed that YaeQ proteins represent a new variation within the PD-(D/E)XK magnesium dependent endonucleases superfamily. Functional assays suggest that YaeQ may be envolved in DNA repair in Xac. The PilZ three-dimensional structure revealed an unexpected structural variation within the PilZ domain superfamily and showed why PilZ orthologs are not able to bind the important bacterial second messenger, c-diGMP. We assigned the PilZ main chain by NMR and used this information to demonstrate that the PilZ secondary structure in solution is consistent with the PilZ crystal structure. We identified two proteins that interact with PilZ: PilB and FimX. As with PilZ, both PilB and FimX are involved in T4P biogenesis. PilZ binds specifically to the EAL domain of FimX and the conserved residues located in the PilZ unstructured C-terminal region contribute to binding with PilB but not with FimX. Site direct mutagenesis studies showed that PilZ residue Y22 is necessary for its capability to interact with both PilB and FimX. Although PilZ does not bind c-diGMP, her partner, FimX, does. We present evidence that PilZ can bind simultaneously to FimX and PilB, forming a ternary complex that is independent of c-diGMP. These results allow us to propose possible mechanisms by which PilZ and FimX control T4P biogenesis. Other results obtained during this period include the resolution of the crystal structure of the SufE protein from Xac using the molecular replacement technique. We show that SufE induces a 10-fold increase in the cysteine desulfurase activity of SufS, similar to that observed for the SufE-SufS complex from E. coli. Several proteins involved in quorum sensing and c-di-GMP signaling were cloned, expressed and submitted to crystallization trials. Crystals of the HPT (histidine phophotransferase) domain) of the RpfC sensor histidine kinase were obtained
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-26042010-134457 |
| Date | 25 February 2010 |
| Creators | Cristiane Rodrigues Guzzo |
| Contributors | Shaker Chuck Farah, Guilherme Menegon Arantes, Raghuvir Krishnaswamy Arni, Richard Charles Garratt, Sandro Roberto Marana |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências Biológicas (Bioquímica), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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