Characterization and regulation of a bacterial sugar phosphatase of the haloalkanoate dehalogenase superfamily, AraL, from Bacillus subtilis

FEBS journal, Volume 278, Issue 14, pages 2511-2524, July 2011

Characterization and regulation of a bacterial sugar phosphatase of the HAD superfamily, AraL, from Bacillus subtilis.

AraL from Bacillus subtilis is a member of the ubiquitous haloalkanoate dehalogenase, HAD, superfamily. The araL gene has been cloned, over-expressed in Escherichia coli and its product purified to homogeneity. The enzyme displays phosphatase activity, which is optimal at neutral pH (7.0) and 65 °C. Substrate screening and kinetic analysis showed AraL to have low specificity and catalytic activity towards several sugar phosphates, which are metabolic intermediates of the glycolytic and pentose phosphate pathways. Based on substrate specificity and gene context within the arabinose metabolic operon, a putative physiological role of AraL in detoxification of accidental accumulation of phosphorylated metabolites has been proposed. The ability of AraL to catabolise several related secondary metabolites requires regulation at the genetic level. Here, by site- directed mutagenesis, we show that AraL production is regulated by a structure in the translation initiation region of the mRNA, which most probably blocks access to the ribosome-binding site, preventing protein synthesis. Members of HAD subfamily IIA and IIB are characterised by a broad-range and overlapping specificity that anticipated the need for regulation at the genetic level. In this study we provide evidence for the existence of a genetic regulatory mechanism controlling AraL production.

Estudo de interações proteína-carbohidrato em sistemas bacterianos

Bacillus subtilis tem a capacidade de utilizar arabinoligossacáridos presentes na parede das células vegetais, através de um consórcios de enzimas envolvidas na hidrólise enzimática dos mesmos. A captação destes carbohidratos por parte do Bacillus subtilis depende de dois transportadores membranares AraE e AraNPQ-MsmX. Após a captação de L-arabinose e arabinoligossacáridos, estes substratos serão metabolizados pelos produtos enzimáticos codificados por genes pertencentes ao operão responsável pela metabolização de arabinose araABDLMNPQabfA. Neste operão, para além dos genes responsáveis pelo transportador AraNPQ, o gene araL determina a síntese de uma enzima com atividade de fosfatase, AraL, que tem putativamente como principal função a destoxificação de intermediários metabólicos fosforilados, em situações particulares. O objectivo deste trabalho consistiu em descobrir quais os determinantes moleculares envolvidos em ambos os processos de reconhecimento molecular, ora o reconhecimento de arabinoligossacáridos por parte da AraN, do ponto de vista dos carbohidratos ora de carbohidratos fosforilados do ponto de vista da AraL. Para elucidar estes processos de reconhecimento molecular proteína-carbohidrato foi utilizada a técnica de RMN, modelação computacional e mutagénese dirigida. No primeiro capitulo são introduzidos conceitos fundamentais para a percepção da ação de ambas as proteínas (AraN e AraL), no organismo Bacillus subtilis. O segundo capitulo, refere-se ao estudo dos mecanismos envolvidos no reconhecimento proteína-carbohidrato através da técnica de STD-RMN para estudar interações do ponto de vista do carbohidrato, bem como abordagens bioinformáticas tais como alinhamentos de sequencia primária e dockings moleculares, para identificar resíduos do ponto de vista da proteína passiveis de se encontrarem envolvidos no reconhecimento molecular, que numa última instância são mutados para se confirmar a sua relevância no processo de reconhecimento molecular do ponto de vista da proteína. Neste capitulo é demonstrado que a AraN é responsável pelo reconhecimento de arabinoligossacáridos e celoligossacáridos. No que diz respeito aos primeiros, a AraN reconhece preferencialmente arabinoligossacáridos com três subunidades, verificando-se a perda de saturação na subunidade não redutora da arabinotetraose. O processo de reconhecimento molecular apresenta uma constante de dissociação com uma ordem de grandeza na ordem dos μM. Do ponto de vista da proteína são identificados resíduos (W253, Y254 e Y54) putativos de se encontrarem também eles envolvidos no reconhecimento molecular do ponto de vista da AraN através de interações CHstacking. Finalmente no terceiro capitulo, é apresentada a optimização da sobrexpressão da AraL, dado que numa primeira fase a sua produção ocorria sob a forma de corpos de inclusão. Para tal são descritas metodologias de solubilização e renaturação da mesmas, com recurso a agentes caotrópicos (ureia e GmdCl) e detergentes (SDS).

D. Dinis del Portogallo e Isabel d'Aragona in vita e in morte. Creazione e trasmissione della memoria nel contesto storico e artistico europeo.

La Tesi è incentrata sulle figure di D. Dinis e Isabel d’Aragona, reali del Portogallo (fine del XIII-prima metà del XIV secolo), e si focalizza sul processo di creazione e trasmissione della memoria, elaborato e messo in atto dai sovrani nel corso della loro esistenza. L’atto finale di questo annoso processo fu la realizzazione dei loro monumenti funebri creati per essere conservati nella chiesa del monastero cistercense di São Bernardo e São Dinis di Odivelas, la tomba del re, e nella chiesa del monastero di Santa Clara e Santa Isabel di Coimbra, quella della regina. Infatti, in modo del tutto inedito rispetto alla tradizione precedente, i re commissionarono e videro in vita realizzati i sepolcri che avrebbero dovuto preservare la loro memoria per l’Eternità. Essi furono concepiti a priori come parte integrante del progetto monumentale più vasto costituito dagli edifici monastici che li avrebbero dovuti custodire. In tale prospettiva, è stata rivolta particolare attenzione alla storia del monastero di Odivelas, assurto a pantheon della Monarchia, seppure per breve tempo, e al monastero di Coimbra, ultima dimora della regina Isabel una volta fallito il progetto del pantheon reale a causa della guerra civile che sconvolse il regno del Portogallo tra il 1319 e il 1324. Oltre ai sepolcri reali, sono state prese in esame alcune opere di architettura e di scultura legate alla committenza regia – in coppia o individualmente –, in particolare tre tombe coeve, due delle quali destinate ad altrettanti membri della famiglia reale. All’interno di questa Tesi, i monumenti funebri esaminati sono stati considerati non solo come strumento privilegiato per la commemorazione del defunto, ma anche come forieri di un preciso messaggio indirizzato a tutti coloro che avrebbero fruito della loro visione. Così, l’iconografia dei sepolcri è stata analizzata alla luce della spiritualità e della religiosità dei sovrani, oltre che dal punto di vista stilistico e formale. Come premessa allo studio prettamente storico-artistico, inizialmente sono stati approfonditi i rapporti tra il regno del Portogallo e la Sede Apostolica al momento dell’ascesa al trono di D. Dinis e, successivamente, il tema della guerra civile che vide contrapporsi il re e il principe, il futuro Alfonso IV. A questo scopo, integra la Tesi un’Appendice documentaria che presenta 64 documenti, la maggior parte dei quali inediti. Questo studio intende dimostrare come il Portogallo dionisino si collochi pienamente nell’orbita culturale mediterranea e proporre nuove affermazioni, considerazioni ed ipotesi rispetto ai re Dinis e Isabel, alle loro vicende storiche e personali e alla memoria di sé che vollero trasmettere ai posteri.