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metadata.dc.type: Tese
Title: Estudos Estruturais das Proteínas Metionil-tRNA Sintetase de Rickettsia typhi, HistidiltRNA Sintetase de Ehrlichia chaffeensis, Gliceraldeído-3-Fosfato Desidrogenase de Acinetobacter baumannii e Recombinase A de Herbaspirillum seropedicae
metadata.dc.creator: Penteado, Renato Ferras
metadata.dc.contributor.advisor1: Iulek, Jorge
metadata.dc.contributor.referee1: Barbosa, João Alexandre Ribeiro Gonçalves
metadata.dc.contributor.referee2: Huergo, Luciano Fernandes
metadata.dc.contributor.referee3: Krieger, Nadia
metadata.dc.contributor.referee4: Etto, Rafael Mazer
metadata.dc.description.resumo: A determinação de estruturas tridimensionais de proteínas de organismos patogênicos pode auxiliar no entendimento do funcionamento detalhado destas macromoléculas e evidenciar características que as diferenciam das presentes em organismos hospedeiros. O conhecimento adquirido desta maneira também pode ser utilizado como ponto de partida para estudos computacionais com vistas a auxiliar a interpretação das informações estruturais já existentes. Neste contexto, o desenvolvimento deste trabalho teve como objetivos determinar a estrutura tridimensional por Cristalografia de Difração de Raios X de três enzimas pertencentes a organismos patogênicos: Metionil-tRNA Sintetase de Rickettsia typhi (RtMetRS), Histidil-tRNA Sintetase de Ehrlichia chaffeensis (EhHisRS) e Gliceraldeído-3-fosfato Desidrogenase de Acinetobacter baumannii (AbGAPDH), e simular o complexo da Recombinase A do organismo não patogênico Herbaspirilum seropedicae (HsRecA) com substratos dsDNA, ATP e íons Mg2+ , nas suas composições nativa e mutante (L53Q), com a finalidade de entender a razão da perda de atividade da proteína mutante. RtMetRS e EhHisRS participam da biossíntese de proteínas e suas funções são prover ao tRNAMet (de iniciação e elongação) e ao tRNAHis os aminoácidos cognatos nos respectivos organismos. RtMetRS, membro da família MetRS1, teve sua estrutrura resolvida complexada à L-metionina no grupo de espaço P1 a uma resolução de 2,30 Å com oito monômeros na unidade assimétrica. Durante o processamento das imagens de difração e confirmação posterior com tentativas de refinamento, verificou-se que os dados indicavam geminação e demandaram a consideração das leis de geminação referentes a quatro domínios cristalinos geminados durante o refinamento estrutural no grupo de espaço de baixa simetria. Além disso, o uso de Simetria Não Cristalográfica (NCS) se mostrou importante pelo impacto positivo na qualidade dos índices de refinamento. A análise da estrutura mostrou que os monômeros apresentam razoável heterogeneidade conformacional entre eles. Obsevou-se que o domínio CP se encontra em uma conformação diferente daquela observada em complexo equivalente nas homólogas da família MetRS1. A caracterização de estabilidade térmica da RtMetRS nas formas apo e complexos com os substratos L-metionina ou ATP, através da técnica de nanofluorimetria diferencial de varredura (nanoDSF), mostrou que estes substratos não conferiram maior estabilidade significativa frente à desnaturação térmica em relação à forma apo. EhHisRS se mostrou razoavelmente insolúvel e não foi submetida a ensaios de cristalização. A avaliação da sua estabilidade térmica por nanoDSF nas formas apo e complexos com Lhistidina ou ATP revelou um ΔTm ≈ +11°C para os complexos, portanto, mais estáveis do que os complexos homólogos comparados. Realizou-se a modelagem por homologia de sua estrutura para verificar a possível razão estrutural desta observação no caso do complexo com ATP. A análise da superfície de potencial eletrostático calculada sugere que vários resíduos de lisina e arginina contribuem para uma carga positiva mais elevada próxima ao sítio de ligação do ATP, o que poderia ser responsável por maior força de interação com o substrato e se refletir em maior estabilidade térmica. AbGAPDH foi purificada em quantidade suficiente para realizar apenas alguns ensaios de cristalização iniciais, entretanto, cristais da enzima não mostraram capacidade de difração quando submetidos aos raios X. A análise por nanoDSF realizada para a forma apo da enzima mostrou que o valor de Tm estimado é comparável àquele reportado para algumas homólogas. Assim, foi realizada a modelagem por homologia de sua estrutura tridimensional. A análise do modelo mostrou que a substituição dos resíduos V, I e L (altamente conservados nas homólogas) por K239 na AbGAPDH poderia dar lugar a interações polares com a porção adenina do cofator. A substituição da F conservada por W240 e a presença da Y136 poderiam propiciar uma interação de empilhamento π-π com um ligante aromático intercalado entre as cadeias laterais destes resíduos. Por fim, o estudo por Dinâmica Molecular da Recombinase A, nativa e mutante L54Q, de Herbaspirillum seropedicae indicou que a perda de atividade da mutante pode estar relacionada à dispersão da capacidade de transdução de sinais intramolecularmente.
Abstract: The three dimensional structure determination of proteins from pathogenic organisms may contribute to understand the detailed functioning of these proteins and highlight features that make them different from host‟s counterparts. The knowledge acquired in this way may be used as a starting point for computational studies with the aim to assist the interpretation of existing structural information. In the context, this work was developed with the aim of solving the three dimensional structure by X-Ray Crystallography of three enzymes from pathogenic organisms: Methionyl-tRNA Synhetase from Rickettsia typhi (RtMetRS), Histidyl-tRNA Synthetase from Ehrlichia chaffeensis (EhHisRS) and Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase from Acinetobacter baumannii (AbGAPDH), and to simulate by molecular dynamics the complex of the Recombinase A from Herbaspirillum seropedicae (HsRecA) with its substrates dsDNA, ATP and Mg2+ ions, in its native and mutant composition L53Q), to understand the loss of activity of the mutant enzyme. RtMetRS and EhHisRS participate on protein biosynthesis; their functions include to provide the cognate amino acid to tRNAMet (initiator and elongator) and to tRNAHis in their respective organisms. RtMetRS, a member of MetRS1 family, had its 3D structure solved in complex with L-methionine in the space group P1 at 2.30 Å resolution with eight monomers in the assymetric unit. During the diffraction image processing and then later confirmation at refinement trials, it was observed that data indicated twinning and demanded to consider the twin laws for the four twin domains during the structural refinement in the lower symmetry space group. Further, the usage of noncrystallographic symmetry (NCS) was important to improve refinement indices. Structure analyzes showed that the eight monomers are fairly conformationaly heterogeneous among them. The CP domain was found in a different conformation from that observed in equivalent homologous complexes of the MetRS1 family. The thermal stability of RtMetRS apo and complexed with either L-methionine or ATP forms, studied bynano Differential Scanning Fluorimetry (nanoDSF), showed that these substrates do not influence the thermal stability of this enzyme when compared to its apo form. EhHisRS proved to be mostly insoluble, so that crystallization assays were not performed. Its thermal stability was assessed by nanoDSF for the apo and complexed with either L-histidine or ATP forms and it showed a ΔTm ≈ +11°C for the complexes, therefore, they are more stable than the compared homologues. A homology modeling was performed to verify if there was a possible structural reason for the observation of thermal stability specialy for the complex with ATP. The analysis of electrostatic potential surface calculated for the model suggests that several lysine and arginine residues may contribute to a highly positive charge near the ATP binding site, which could be responsible for a stronger interaction with ATP would be reflected as a higher thermal stability. AbGAPDH was purified to perform a few initial crystallization assays, however, crystals of this enzyme did not show any diffraction when submitted to X-rays. The nanoDSF analysis performed for the apo form of the enzyme showed that the estimated Tm value is comparable to that reported for some homologues. Thereby its 3D structure was modeled using homology modeling. The analysis of the model showed that the residues V, I and L, highly conserved, substituted for K239 could give rise to polar interaction with the adenine moiety of the cofactor. The substituition of F for W240 and the presence of Y136 could allow for π-π stacking interactions with an aromatic ligand intercalated between the side chains of these residues. Eventualy the Molecular Dynamic study of the Recombinase A, native and mutant L54Q, from Herbaspirillum seropedicae indicated that the loss of activity of the mutant may be related to a more dispersed modes of intramolecular signal transduction.
Keywords: Metionil-tRNA Sintetase de Rickettsia typhi.
Histidil-tRNA Sintetase de Ehrlichia chaffeensis
Gliceraldeido-3-Fosfato Desidrogenase de Acinetobacter baumannii
Recombinase A de Herbaspirillum seropedicae
Methionyl-tRNA Synthetase from Rickettsia typhi
Histidyl-tRNA Synthetase from Ehrlichia chaffeensis
Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase from Acinetobacter baumannii
Recombinase A from Herbaspirillum seropedicae
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4280
Issue Date: 29-Mar-2023
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