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Previous issue date: 2014-03-12 / The causative agent of tuberculosis (TB), Mycobacterium tuberculosis, infects one-third of the world population. The World Health Organization estimates that 8.6 million new TB cases occurred in 2012, resulting in 1.3 million deaths worldwide. Thus, there is a continuous need to find promising molecular targets for the development of anti-TB agents and to identify pathogenic determinants associated with M. tuberculosis virulence aiming the development of attenuated mutant strains as new vaccine candidates against TB. Enzymes involved in purine and pyrimidine biosynthesis have important roles in cellular metabolism, as they provide nucleotides that are essential components of a number of essential biomolecules. Cytidine deaminase (CDA) catalyzes the hydrolytic deamination of cytidine to uridine, and belongs to the pyrimidine salvage pathway. The CDA from M. tuberculosis (MtCDA) is a target for the development of attenuated strains of M. tuberculosis because it may be involved in mechanisms of pathogenicity such as latency. This work presents the crystal structures of MtCDA in complex with uridine (2.4 ? resolution) and deoxyuridine (1.9 ? resolution). Molecular dynamics (MD) simulation was performed to analyze the physically relevant motions involved in the protein ligand recognition process, showing that structural flexibility of some residues are important to product binding. In addition, MD simulations allowed the analysis of the stability of tetrameric MtCDA structure. The role of the conserved glutamate-47 (E47) residue was evaluated by construction of five mutant proteins (E47A, E47D, E47L, E47H, and E47Q). Mutants E47A and E47H were expressed in insoluble fraction, whereas E47D, E47L and E47Q were soluble and purified by HPLC. The E47D, E47L and E47Q mutants contained 1 mol of Zn2+ per mol of protein subunit. These mutations had no effect on oligomerization state of MtCDA. Steady-state kinetic results showed that KM values for the E47D and E47Q mutants were not significantly altered, whereas there was a decrease in kcat values of 37-fold for E47D and 19-fold for E47Q mutant. No activity could be detected for E47L mutant. The crystal structure of the E47D mutant was solved by X-rays diffraction, using synchrotron light. An essential role was proposed for the ?-carboxyl group of E47, and its involvement in the catalityc process. On the other hand, an important part of drug and vaccine development is the identification of gene products that are critical for bacterial growth and survival. In this way the knockout of the cdd gene was performed in order to evaluate the importance of the cdd gene for mycobacteria growth in vitro and in vivo. Our results suggest that cdd gene is not an essential gene for in vitro growth under the employed experimental conditions. Infection in mice with the knockout strain of cdd gene has shown a significant reduction in the CFU s in lungs and spleen of the infected animals. Futher experiments are under way to confirm such findings. Finally, results from enzymatic characterization, site directed mutagenesis and gene replacement may be the starting point for a better understanding about the role of cytidine deaminase in M. tuberculosis metabolism and open up the possibility for a rational design of attenuated strain, that may be useful for future development of a new vaccine candidate against human TB. / O agente causador da tuberculose (TB), Mycobacterium tuberculosis, infecta um ter?o da popula??o mundial. A Organiza??o Mundial da Sa?de estima que 8,6 milh?es de novos casos de tuberculose ocorreram em 2012, resultando em 1,3 milh?es de mortes no mundo. Assim, existe uma necessidade cont?nua de encontrar alvos moleculares promissores para o desenvolvimento de agentes anti-tuberculose e identificar determinantes de virul?ncia associados com a patog?nese de M. tuberculosis, visando a obten??o de cepas mutantes atenuadas como candidatas a novas vacinas contra a tuberculose. As enzimas envolvidas na bios?ntese de purina e pirimidina t?m pap?is importantes no metabolismo celular, uma vez que proporcionam nucle?tidos, os quais s?o componentes essenciais de um grande n?mero de biomol?culas. A enzima Citidina deaminase (CDA) catalisa a desamina??o hidrol?tica da citidina a uridina, e faz parte da via de salvamento das pirimidinas. A CDA de M. tuberculosis (MtCDA) devido a sua n?o essencialidade pode ser um alvo interesante para a obten??o de cepas atenuadas para o desenvolvimento de vacinas auxotr?ficas contra a tuberculose, j? que pode estar envolvido nos mecanismos de invas?o e lat?ncia. No presente trabalho s?o apresentadas as estruturas cristalogr?ficas da MtCDA em complexo com uridina (2,4 ? de resolu??o) e deoxiuridina (1,9 ? de resolu??o). Simula??o da Din?mica Molecular (MD) foi realizada com o prop?sito de analisar os movimentos fisicamente relevantes envolvidos no processo do reconhecimento prote?na-ligante, e mostra que a flexibilidade estrutural de algumas regi?es da prote?na s?o importantes para a liga??o do produto. Al?m disso, simula??es MD permitiram a an?lise da estabilidade da estrutura tetram?rica da MtCDA. O papel do res?duo conservado glutamato 47 (E47) foi avaliado mediante a constru??o de cinco prote?nas mutantes (E47A, E47D, E47L, E47H, e E47Q). Os mutantes E47A e E47H foram expressos na fra??o insol?vel, enquanto E47D, E47L e E47Q foram expressas na fra??o sol?vel e purificadas por cromatografia l?quida de alta performance (HPLC). Os mutantes E47D, E47L e E47Q continham 1 mol de Zn2+ por mol de subunidade de prote?na. Estas muta??es n?o tiveram efeito sobre o estado de oligomeriza??o da MtCDA. Resultados cin?ticos em estado estacion?rio mostraram que os valores de KM para os mutantes E47D e E47Q n?o foram alterados significativamente, enquanto houve uma redu??o nos valores de kcat de 37 vezes para E47D e 19 vezes para a mutante E47Q. N?o foi detectada qualquer atividade para a mutante E47L. A estrutura cristalogr?fica do mutante E47D foi resolvida por cristalografia de raios-X o que nos permitiu propor um papel catal?tico para o grupo ?-carboxila do residuo E47, sugerindo o envolvimento de um pr?ton na cat?lise. Por outro lado, uma parte essencial para o desenvolvimento de novos f?rmacos e vacinas, ? a identifica??o de produtos de genes que s?o fundamentais para o crescimento e a sobreviv?ncia bacteriana in vitro e in vivo. Desta forma, foi realizado o nocaute do gene cdd a fim de avaliar a import?ncia deste gene para o crescimento do bacilo em vida livre e em condi??es de estresse (vida intracelular). Nossos resultados sugerem que o gene cdd n?o ? um gene essencial para o crescimento do bacilo in vitro sob as condi??es experimentais utilizadas. Experimentos de infec??o em camundongos com a cepa nocaute do gene cdd mostraram uma significativa redu??o nas UFC s determinadas no pulm?o e ba?o dos animais infectados. Con tudo, experimentos de crescimento in vitro e infec??o em camundongos est?o sendo realizados a fim de confirmar os resultados obtidos. Os resultados da caracteriza??o enzim?tica e substitui??o g?nica s?o o ponto de partida para o melhor entendimento sobre o papel da enzima no metabolismo de nucleot?deos em M. tuberculosis, al?m de abrirem a possibilidade para o desenho racional de uma cepa atenuada, ?til para o futuro desenvolvimento de uma nova candidata a vacina contra a tuberculose humana
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.pucrs.br:tede/5483 |
| Date | 12 March 2014 |
| Creators | Quitian, Zilpa Adriana S?nchez |
| Contributors | Santos, Di?genes Santiago |
| Publisher | Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul, Programa de P?s-Gradua??o em Biologia Celular e Molecular, PUCRS, BR, Faculdade de Bioci?ncias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 8198246930096637360, 600, 600, 36528317262667714 |
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