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Previous issue date: 2013-11-26 / Human thymidine phosphorylase (hTP) also known as platelet-derived endothelial cell growth factor (PD-ECGF) or gliostatin, has an important role in nucleotide metabolism. hTP is a molecular target for anticancer drug development since it is overexpressed in certain solid tumours, and its catalityc activity has been shown to be essencial to promote angiogenesis. This work describes amplification, cloning, and recombinant expression in E. coli, purification to homogeinity of both precursor and mature protein hTP. Mass spectrometry analysis confirmed the identity of homogeneous hTP and size exclusion chromatography showed that hTP proteins are a dimer in solution. Kinetic studies allowed the determination of apparent and true kinetic constants for forward reaction, and showed that enzymes displayed substrate inhibition for thymidine. Initial velocity and isothermal titration calorimetry (ITC) studies suggested that hTP catalysis follows a rapid-equilibrium random bi-bi kinetic mechanism. Thermodynamics constants and discrimination profile allowed natural enzyme s substrates/products binding patterns identification. Additionally, these studies showed differences in the kinetic constants and the thermodynamic parameters between the precursor and the mature protein and these differences were revealed by structural analysis using molecular modeling. The pH-rate profiles suggested that maximal enzyme activity was achieved at low pH values, and functional groups with a pK values of 5.1 5.2 and 9.0 9.2 are involved in thymidine binding, and groups with pK value of 6.1 6.2 and 7.8 8.6 are involved in phosphate binding. The enzyme characterization provides additional data that may be useful for the rational design of novel inhibitors hTP. Chemical compounds designed and synthesized as potential inhibitors against hTP activity were active in both forms of the enzyme, whereas the compound 5g showed the best inhibitory potential. The compound 5g was characterized as noncompetitive inhibitor towards hTP substrates thymidine and phosphate. The noncompetitive inhibiton mechanism points to the existence of an allosteric binding site at hTP, different from the substrate binding sites. This allosteric site could be considered an important molecular target for the development of potent and selective hTP inhibitors. / A Timidina fosforilase humana (hTP), tamb?m conhecida como PD-ECGF e gliostatina, ? uma enzima importante no metabolismo de nucleot?deos. A hTP ? um alvo molecular para o desenho de inibidores enzim?ticos com poss?vel uso na terapia do c?ncer, visto que essa enzima encontra-se superexpressa em alguns tipos de tumores s?lidos e sua atividade catal?tica ? essencial para promo??o da angiog?nse. Esta tese descreve a amplifica??o, clonagem, express?o heter?loga em E. coli, purifica??o e caracteriza??o bioqu?mica do precursor e da prote?na madura hTP. An?lises de espectrometria de massa confirmaram a identidade das prote?nas recombinantes e ensaios de cromatografia de exclus?o por tamanho revelaram que ambas as enzimas encontram-se como d?meros em solu??o. Estudos cin?ticos permitiram a determina??o das constantes cin?ticas aparentes e verdadeiras para a rea??o direta e mostraram que as enzimas apresentam inibi??o pelo substrato tidimina. Estudos espectofotom?tricos de velocidade inicial e estudos de liga??o por microcalorimetria de titutala??o isot?rmica (ITC) sugerem que a cat?lise enzim?tica segue um mecanismo cin?tico bi-bi aleat?rio de r?pido equil?brio. As constantes termodin?micas e o perfil de discrimina??o termodin?mica permitiram a identifica??o dos modos de intera??o dos substratos/produtos naturais das enzimas com seus s?tios de liga??o. Al?m disto, esses estudos revelaram diferen?as nas constantes cin?ticas e nos par?metros termodin?micos entre o precursor e a prote?na madura e tais diferen?as foram evidenciadas por meio da an?lise estrutural de ambas as enzimas. O perfil de pH mostrou que a atividade enzim?tica m?xima foi obtida em valores de pH baixos, e que grupamentos funcionais com valores de pK de 5,1 5,2 e 9,0 9,2 est?o envolvidos na liga??o ? timidina e grupamentos com valores de pK de 6,1 6,2 e 7,8 8,6 est?o envolvidos na liga??o ao fosfato. Os resultados da caracteriza??o da enzima fornecem dados adicionais que podem ser ?teis para o desenho racional de novos inibidores da hTP. Os compostos qu?micos planejados e sintetizados como poss?veis inibidores da atividade da hTP foram ativos em ambas as formas da enzima, sendo que o composto 5g apresentou o melhor potencial inibit?rio. O composto 5g foi caracterizado como um inibidor n?o competitivo em rela??o aos substratos naturais timidina e fosfato. O mecanismo de inibi??o n?o competitiva sugere a exist?ncia de um sit?o de liga??o alost?rico na hTP, diferente dos s?tios de liga??o aos substratos, podendo ser considerado um alvo molecular importante para a busca de inibidores potentes e seletivos para hTP.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.pucrs.br:tede/1753 |
| Date | 26 November 2013 |
| Creators | Deves, Candida |
| Contributors | Santos, Di?genes Santiago |
| Publisher | Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul, Programa de P?s-Gradua??o em Medicina e Ci?ncias da Sa?de, PUCRS, BR, Faculdade de Medicina |
| 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 | 7620745074616285884, 500, 600, -8624664729441623247 |
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