O SL trans-splicing (do inglês, spliced leader trans-splicing) catalisado pelo spliceossomo em Trypanosoma brucei é responsável pelo processamento dos pré-mRNAs policistrônicos em mRNAs maduros. Esta maquinaria é associada a partir de pequenas partículas ribonucleoproteicas nucleares (snRNPs) U1, U2, U4/U6 e U5 constituídas de pequenos RNAs nucleares (snRNAs), um complexo canônico de sete proteínas Sm (SmB, SmD3, SmD1, SmD2, SmE, SmF e SmG) e fatores proteicos específicos. O núcleo de proteínas Sm de T. brucei apresenta variações com funções desconhecidas, como a substituição do heterodímero SmD3/SmB por Sm16,5K/Sm15K na snRNP U2, e de SmD3 por SSm4 na snRNP U4. Na primeira parte deste trabalho, investigou-se a interação destes diferentes complexos Sm recombinantes com os snRNAs U2, U4 e U5 obtidos por transcrição in vitro. Todos os complexos apresentaram alta afinidade pelo snRNA cognato. Observou-se, ainda, que apenas o núcleo Sm que contém Sm16,5K/Sm15K associado ao snRNA U2 interage com alta afinidade com U2A/U2B. Adicionalmente, foi obtida a estrutura cristalográfica de U2A/U2B de T. brucei, que revela uma organização similar àquela já descrita para ortólogas de Homo sapiens. Entretanto, há um desvio de pelo menos 6 Å no ponto médio da alça carregada positivamente no domínio RRM de U2B para a acomodação do snRNA U2. Além disso, observou-se uma longa hélice-α adicional na extremidade C-terminal de U2A. A análise dos três núcleos Sm de T. brucei a partir da combinação de modelagem molecular e espalhamento de raios-X a baixo ângulo revela estruturas de barril-β altamente torcido com interior carregado positivamente para interação com snRNAs. A principal diferença entre as estruturas encontra-se nas extremidades C- e N-terminal dos variantes de proteínas Sm, possivelmente para interação com U2A no braço 1 do spliceossomo, no caso de Sm15K/Sm16,K, e com U5-220K e U5-200K no corpo do spliceossomo, no caso de SSm4. Na segunda parte deste trabalho, a expressão homóloga da proteína U5-200K de T. brucei completa e do produto truncado no seu cassete helicase/ATPase/Sec63 N-terminal levou à copurificação de um subcomplexo de snRNP U5 composto por U5-220K, U5-116K, U5-40K e U5-Cwc21, sendo que a proteína recombinante completa ainda copurificou as proteínas Sm. Experimentos de imunolocalização mostraram que a proteína U5-200K truncada não é direcionada ao núcleo, como é o caso da proteína completa. As células que expressam a proteína truncada apresentaram um defeito de crescimento significativo, e os processamentos de pré-mRNA por cis- e SL trans-splicing foram ligeiramente afetados, já que a proteína truncada não entra no núcleo, onde deveria exercer sua atividade. Os resultados apresentados indicam a formação de um subcomplexo de snRNP U5 ainda no citoplasma, sendo que as proteínas Sm devem ser um sinal para o seu transporte nuclear mediado por importina-β. Em leveduras, a proteína Aar2 substitui U5-200K no citoplasma, regulando assim a biogênese de snRNP U5, porém esta proteína não foi identificada em T. brucei. Os resultados apresentados neste trabalho contribuem como o primeiro estudo estrutural de proteínas spliceossomais de um parasita do homem e também com novas informações sobre a biogênese das partículas ribonucleoproteicas U2 e U5 de T. brucei. / The spliced-leader (SL) trans-splicing catalyzed by the spliceosome in Trypanosoma brucei is responsible for processing polycistronic pre-mRNAs into mature mRNAs. The spliceosome machinery is assembled by small nuclear ribonucleoproteins (snRNPs) U1, U2, U4/U6 and U5 that are composed by small nuclear RNAs (snRNAs), a canonical complex of Sm proteins (SmB, SmD3, SmD1, SmD2, SmE, SmF, SmG) and specific factors. The Sm core peculiarly varies in T. brucei, where SmD3/SmB are replaced by Sm16.5K/Sm15K in U2 snRNP and SmD3 is substituted by SSm4 in U4 snRNP. In the first part of this thesis, we investigated the interaction of the different recombinant Sm cores with U2, U4 and U5 snRNAs obtained by in vitro transcription. All the protein complexes bind the cognate snRNA with high affinity. Only the Sm core that contains Sm16.5K/Sm15K associated with U2 snRNA interacts with the recombinant U2A/U2B subcomplex. Additionally, the crystallographic structure of T. brucei U2A/U2B was obtained, showing an overall organization similar to the one observed in the human counterpart. However, we observed a 6 Å deviation in the medium point of a positively charged turn in the RRM motif of U2B to accommodate U2 snRNA. Besides, a long α -helix was observed in the C-terminal region of U2A. Structural analysis of Sm core variations in T. brucei was proceeded using molecular modelling techniques associated with small angle X-ray scattering. The quaternary structure models show seven Sm proteins as β-barrels with positively charged interior for cognate snRNA interaction. The main difference among these Sm core structures resides in the C- and N-terminal regions of the variant proteins, probably enabling the interaction of Sm15K/Sm16,5K with U2A in the spliceosomes arm 1, and the association of SSm4 with U5-220K and U5-200K in the spliceosomes body. In the second part of this thesis, homologous expression of full-length and N-terminally truncated U5-200K from T. brucei led to the copurification of a U5 snRNP subcomplex containing U5-220K, U5-116K, U5-40K and U5-Cwc21. The full-length U5-200K construct also copurified Sm proteins. Immunolocalization experiments showed that the truncated U5-200K protein is not directed to the nucleus as is the case for the full-length protein. Cells that expressed the truncated protein showed a significant growth defect and the pre-mRNA processing by cis- and SL trans-splicing was negatively affected since the truncated protein did not enter the nucleus where it should be active. The results suggest that a subcomplex of U5 snRNP begins to be assembled in the cytoplasm and the Sm proteins may be the signal for the nuclear transport mediated by β-importin. In yeast, Aar2 replaces U5-200K in the cytoplasm in another regulation step. However, Aar2 has not been identified in T. brucei. The results presented here contribute with the first structural study of spliceosomal proteins of a human parasite and give new insights into the biogenesis of U2 and U5 snRNPs in T. brucei.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-21102016-160603 |
| Date | 02 August 2016 |
| Creators | Silva, Ivan Rosa e |
| Contributors | Thiemann, Otavio Henrique |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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