Structural and electron paramagnetic resonance (EPR) studies of mononuclear molybdenum enzymes from sulfate-reducing bacteria

Acc. Chem. Res., 2006, 39 (10), pp 788–796 DOI: 10.1021/ar050104k

Application of ionic liquids and enzymes for the removal of proteinaceous layers from polychrome of works of art and evaluation of the cleaning effectiveness

Dissertação Apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Ciências da Conservação, especialização em Pintura

Undetectable Levels of CSF Amyloid-β Peptide in a Patient with 17β-Hydroxysteroid Dehydrogenase Deficiency

17β-hydroxysteroid dehydrogenase 10 (HSD10) deficiency is a rare X-linked inborn error of isoleucine catabolism. Although this protein has been genetically implicated in Alzheimer's disease pathogenesis, studies of amyloid-β peptide (Aβ) in patients with HSD10 deficiency have not been previously reported. We found, in a severely affected child with HSD10 deficiency, undetectable levels of Aβ in the cerebrospinal fluid, together with low expression of brain-derived neurotrophic factor, α-synuclein, and serotonin metabolites. Confirmation of these findings in other patients would help elucidating mechanisms of synaptic dysfunction in this disease, and highlight the role of Aβ in both early and late periods of life.

Biological and Biochemical Characterization of Mutants of the RNase II family of enzymes

Dissertação para a obtenção de grau de doutor em Biologia pelo Instituto de Tecnologia Química e Biológica. Universidade Nova de Lisboa.

Isoniazid acetylating phenotype in patients with paracoccidioidomycosis and its relationship with serum sulfadoxin levels, glucose-6-phosphate dehydrogenase and glutathione reductase activities

The authors evaluated the isoniazid acetylating phenotype and measured hematocrit, hemoglobin, glucose-6-phosphate dehydrogenase and glutathione reductase activities plus serum sulfadoxin levels in 39 patients with paracoccidioidomycosis (33 males and 6 females) aged 17 to 58 years. Twenty one (53.84%) of the patients presented a slow acetylatingphenotype and 18(46.16%) a fast acetylating phenotype. Glucose-6-phosphate- dehydrogenase (G6PD) acti vity was decreased in 5(23.80%) slow acetylators and in 4(22.22%) fast acetylators. Glutathione reductase activity was decreased in 14 (66.66%) slow acetylators and in 12 (66.66%) fast acetylators. Serum levels of free and total sulfadoxin Were higher in slow acetylator (p < 0.02). Analysis of the resultspermitted us to conclude that serum sulfadoxin levels are related to the acetylatorphenotype. Furthermore, sulfadoxin levels were always above 50 µg/ml, a value considered therapeutic. Glutathione reductase deficiency observed in 66% of patients may be related to the intestinal malabsorption of nutrients, among them riboflavin, a FAD precursor vitamin, inpatients with paracoceidioidomycosis.

Pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficies and their association with malaria - population genetics and proteomic studies

A malária é reconhecida como uma das principais forças selectivas a actuar na história recente no genoma humano. Inúmeros polimorfismos genéticos têm sido descritos como protectores contra a gravidade da malária, como o alelo HbS (designado de traço falciforme) e o alelo G6PD A- (associado à deficiência de G6PD). Mais recentemente, também a deficiência de PK foi associada com a protecção contra a malária. Evidências desta associação foram obtidas em estudos com modelos de roedor e estudos in vitro utilizando GV humanos deficientes em PK. Até à data, não foram obtidos dados em populações humanas que revelem esta associação: ainda não foi identificada uma variante de PK com uma prevalência elevada em regiões endémicas de malária e não foram identificadas marcas de selecção na região do gene que codifica para a PK (gene PKLR). Além disso, os mecanismos subjacentes à protecção contra a malária por deficiências enzimáticas dos GV não estão bem esclarecidos. Assim, os objectivos do presente estudo foram: investigar os polimorfismos genéticos humanos com associação com a malária em Cabo Verde; pesquisar marcas de selecção da malária na região do gene PKLR em populações Africanas; determinar a frequência da deficiência em PK e identificar uma eventual variante da enzima que possa estar sob selecção positiva em regiões endémicas de malária; avaliar o efeito das duas deficiências enzimáticas (PK e G6PD) na invasão e maturação do parasita em culturas in vitro de Plasmodium usando GV normais e deficientes; e analisar o perfil proteómico de GV infectados e não infectados, normais e com deficiência (em PK e G6PD), bem como de parasitas isolados de GV tanto deficientes como normais. Em Cabo Verde (área epidémica), não foram identificadas marcas de selecção pela malária, através da análise dos vários polimorfismos. No entanto, quando a análise foi realizada em dois países endémicos (Angola e Moçambique), foram detectadas várias marcas de selecção: a genotipagem de microssatélites (STRs) e polimorfismos de base única (SNPs) localizados na vizinhança do gene PKLR revelou uma diferenciação consideravelmente maior entre as populações Africana e Europeia (Portuguesa), do que a diferenciação determinada aquando da utilização de marcadores genéticos neutros. Além disso, uma região genómica de maior amplitude apresentou um Desequilíbrio de Ligação (LD) significativo no grupo de malária não grave (e não no grupo de malária grave), sugerindo que a malária poderá estar a exercer pressão selectiva sobre a região do genoma humano que envolve o gene PKLR. No estudo que incidiu na determinação da prevalência da deficiência de PK no continente Africano (realizado em Moçambique), esta revelou-se elevada - 4,1% - sendo o valor mais elevado descrito até ao momento a nível mundial para esta enzimopatia. Na pesquisa de mutações que pudessem estar na causa deste fenótipo (baixa actividade de PK), foi identificada uma mutação não sinónima 829G>A (277Glu>Lys), significativamente associada à baixa actividade enzimática. Esta mutação foi também identificada em Angola, São Tomé e Príncipe e Guiné Equatorial, onde a frequência de portadores heterozigóticos foi entre 2,6 e 6,7% (valores que se encontram entre os mais elevados descritos globalmente para mutações associadas à deficiência em PK). Não foi possível concluir acerca da associação entre a deficiência de PK e o grau de severidade da malária e da associação entre o alelo 829A e a mesma, devido ao baixo número de amostras. Os resultados dos ensaios de invasão/maturação do parasita sugeriram que, nos GV com deficiência de PK ou G6PD, a invasão (onde está envolvida a membrana do GV hospedeiro e o complexo apical do parasita) é mais relevante para a eventual protecção contra a malária do que a maturação. Os resultados da análise proteómica revelaram respostas diferentes por parte do parasita nas duas condições de crescimento (GV com deficiência de PK e GV com deficiência de G6PD). Esta resposta parece ser proporcional à gravidade da deficiência enzimática. Nos parasitas que cresceram em GV deficientes em G6PD (provenientes de um indivíduo assintomático), a principal alteração observada (relativamente às condições normais) foi o aumento do número de proteínas de choque térmico e chaperones, mostrando que os parasitas responderam às condições de stress oxidativo, aumentando a expressão de moléculas de protecção. Nos parasitas que cresceram em condições de deficit de PK (GV de indivíduo com crises hemolíticas regulares, dependente de transfusões sanguíneas), houve alteração da expressão de um maior número de proteínas (relativamente ao observado em condições normais), em que a maioria apresentou uma repressão da expressão. Os processos biológicos mais representados nesta resposta do parasita foram a digestão da hemoglobina e a troca de proteínas entre hospedeiro e parasita/remodelação da superfície do GV. Além disso, uma elevada percentagem destas proteínas com expressão alterada está relacionada com as fendas de Maurer, que desempenham um papel importante na patologia da infecção malárica. É colocada a hipótese de que a protecção contra a malária em GV deficientes em PK está relacionada com o processo de remodelação da membrana dos GV pelo parasita, o que pode condicionar a invasão por novos parasitas e a própria virulência da malária. Os resultados da análise do proteoma dos GV contribuirão para confirmar esta hipótese.

Functional and structural studies of two enzymes: membrane bound kinase and Z-DNA/Z-RNA-binding protein

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Sistemas de Bioengenharia

Crystallographic studies on membrane and cytoplasmic enzymes

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Structural Biochemistry

Sol-gel entrapped biosystems: enzyme(s) and whole cells

In this work two different procedures to utilize the sol-gel technology were applied to immobilize/encapsulate enzymes and living cells. CO2 has reached levels in the atmosphere that make it a pollutant. New methods to utilize this gas to obtain products of added value can be very important, both from an environmentally point of view and from an economic standpoint. The first goal of this work was to study the first reaction of a sequential, three-step, enzymatic process that carries out the conversion of CO2 to methanol. Of the three oxidoreductases involved, our focus was on formate dehydrogenase (FateDH) that converts CO2 to formate. This reaction requires the presence of the cofactor β-nicotinamide adenine dinucleotide in reduced form (NADH). The cofactor is expensive and unstable. Our experiments were directed towards generating NADH from its oxidized form (NAD+), using glutamate dehydrogenase (GDH). The formation of NADH from NAD+ in aqueous medium was studied with both free and sol-gel entrapped GDH. This reaction was then followed by the conversion of CO2 to formate, catalysed by free or sol-gel entrapped FateDH. The quantification of NADH/NAD+ was made using UV/Vis spectroscopy. Our results showed that it was possible to couple the GDH-catalyzed generation of the cofactor NADH with the FateDH-catalyzed conversion of CO2, as confirmed by the detection of formate in the medium, using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The immobilization of living cells can be advantageous from the standpoint of ease of recovery, reutilization and physical separation from the medium. Also dead cells may not always exhibit enzymatic activities found with living cells. In this work cell encapsulation was performed using Escherichia coli bacteria. To reduce toxicity for living organisms, the sol-gel method was different than for enzymes, and involved the use of aqueous-based precursors. Initial encapsulation experiments and viability tests were carried out with E. coli K12. Our results showed that sol-gel entrapment of the cells was achieved, and that cell viability could be increased with additives, namely betaine that led to greater viability improvement and was selected for further studies. For an approach to “in-cell” Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments, the expression of the protein ctCBM11 was performed in E. coli BL21. It was possible to obtain an NMR signal from the entrapped cells, a considerable proportion of which remained alive after the NMR experiments. However, it was not possible to obtain a distinctive NMR signal from the target protein to distinguish it from the other proteins in the cell.

ELECTROPHORETIC ANALYSIS OF 11 ENZYMES IN NATURAL POPULATIONS OFROOT, 1926 (DIPTERA: CULICIDAE) IN THE AMAZON REGION

Of eleven proteins analyzed in four Amazonian populations, the esterases showed the greatest variation, with five activity zones. EST1, EST2 and EST5 showed variation in each of the populations studied. EST1 and EST2 are each controlled by two, and EST5 by four, codomi-nant alleles. LAP presented six activity zones, with codominant variation in LAP5and LAP6.oc—GPDH was monomorphic with one activity band on starch gel and two on polyacrylamide gel. 1DH presented two activity zones, with variation in the IDHl region. PGM had a single activity zone, with variation in all populations. The Ariquemes populations showed five alleles and the other populations three, all of then codominant. Three activity zones with two codominant alleles were observed for ODH. Aldehyde Oxidase showed two activity zones, with variation in AOl only in the Ariquemes and Porto Velho/Samuel populations. 6-PGDH showed only one activity zone and variation only in the Ariquemes population. The remaing systems - XDH, G-6-PDH and GDH. was monomorphic.

Engineering of fatty acid production and secretion in Saccharomyces cerevisiae

Tese de Doutoramento em Ciências - Especialidade em Biologia

Data supporting the role of enzymes and polysaccharides during cassava postharvest physiological deterioration

This data article is referred to the research article entitled The role of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and polysaccharides in cassava (Manihot esculenta Crantz) roots under postharvest physiological deterioration by Uarrota et al. (2015). Food Chemistry 197, Part A, 737746. The stress duo to PPD of cassava roots leads to the formation of ROS which are extremely harmful and accelerates cassava spoiling. To prevent or alleviate injuries from ROS, plants have evolved antioxidant systems that include non-enzymatic and enzymatic defence systems such as ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase and polysaccharides. In this data article can be found a dataset called newdata, in RData format, with 60 observations and 06 variables. The first 02 variables (Samples and Cultivars) and the last 04, spectrophotometric data of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, tocopherol, total proteins and arcsined data of cassava PPD scoring. For further interpretation and analysis in R software, a report is also provided. Means of all variables and standard deviations are also provided in the Supplementary tables (data.long3.RData, data.long4.RData and meansEnzymes.RData), raw data of PPD scoring without transformation (PPDmeans.RData) and days of storage (days.RData) are also provided for data analysis reproducibility in R software.

Enzymes which detoxify ochratoxin A

Mycotoxins are fungal secondary metabolites found in some agricultural commodities which are toxic for humans and animals in small amounts. Mycotoxins are a global problem which can be partially controlled through prevention strategies that can be applied along the food and feed chain production. However, when mycotoxin formation can not be avoided and they come to be present in commodities some remediation strategies can also be used to reduce its levels on products, its bioavailability or its toxic effects. Among these remediation strategies, the biological methods are recently holding a relevant position, being widely studied in the last years. As a result, a great number of microorganisms that can degrade or detoxify several mycotoxins and the application of some of them were reported. Moreover, several enzymes which mediate these biological processes were identified, being by themselves studied in order to develop new biotechnological approaches to control the mycotoxin problem on commodities. The main enzymes known to detoxify ochratoxin A, their action and their present application in order to counteract the referred problem are reviewed and critically assessed.

Proteomic analysis of nitrate-dependent acetone degradation by Alicycliphilus denitrificans strain BC

Alicycliphilus denitrificans strain BC grows anaerobically on acetone with nitrate as electron acceptor. Comparative proteomics of cultures of A. denitrificans strain BC grown on either acetone or acetate with nitrate was performed to study the enzymes involved in the acetone degradation pathway. In the proposed acetone degradation pathway, an acetone carboxylase converts acetone to acetoacetate, an AMP-dependent synthetase/ligase converts acetoacetate to acetoacetyl-CoA, and an acetyl-CoA acetyltransferase cleaves acetoacetyl-CoA to two acetyl-CoA. We also found a putative aldehyde dehydrogenase associated with acetone degradation. This enzyme functioned as a -hydroxybutyrate dehydrogenase catalyzing the conversion of surplus acetoacetate to -hydroxybutyrate that may be converted to the energy and carbon storage compound, poly--hydroxybutyrate. Accordingly, we confirmed the formation of poly-?-hydroxybutyrate in acetone-grown cells of strain BC. Our findings provide insight in nitrate-dependent acetone degradation that is activated by carboxylation of acetone. This will aid studies of similar pathways found in other microorganisms degrading acetone with nitrate or sulfate as electron acceptor.

Búsqueda de nuevos extractos y compuestos obtenidos a partir de plantas del centro de Argentina con acción inhibidora de enzimas asociadas a patologías y a la supervivencia de organismos perjudiciales. Search for new extracts and compounds obtained from plants of central Argentina with inhibitoryactivity on enzymes associated with diseases and survival of harmful organisms.

La inhibición en la actividad de ciertas enzimas esenciales puede generar disturbios en la fisiología de algunos organismos como insectos, plantas y microorganismos y en muchos casos puede conducir a su muerte. Por otro lado, la inhibición de estas proteínas logra modificar factores implicados en la manifestación de determinadas enfermedades. Entre las enzimas que muestran estas características podemos mencionar a tirosinasa, p-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (HPPD) y acetilcolinesterasa (AChE). Debido a la necesidad de nuevas drogas con acción inhibidora de las mencionadas enzimas,los investigadores están explorando el mundo vegetal con el fin de obtenerlas,ya que se ha comprobado que las plantas son capaces de sintetizar esta clase de moléculas. Plantas nativas de nuestra región presentan esta propiedad. Continuando con la búsqueda de compuestos bioactivos obtenidos de plantas, se propone en este proyecto obtener nuevos agentes naturales altamente efectivos en inhibir las nombradas enzimas a partir de 100 plantas nativas de la región central de Argentina. Los compuestos aislados pueden ser utilizados directamente o servir como modelo para la síntesis de análogos. En primer lugar se determinará la efectividad de los extractos obtenidos a partir de las plantas seleccionadas como inhibidores de HPPD (utilizando el método del enol-borato) con el fin de seleccionar el más potente. A partir de este extracto y de aquellos seleccionados como más potentes en inhibir tirosinasa y AChE se aislarán, mediante aislamiento bioguiado, e identificarán el/los compuesto/s responsables. Este proceso será llevado a cabo por técnicas cromatográficas y espectroscópicas y el seguimiento de actividad se realizará mediante el método de enol-borato, dopacromo y Ellman para HPPD, tirosinasa y AChE,respectivamente. Posterior a determinar el nivel de actividad (IC50) de cada compuesto aislado se estudiará el posible efecto sinergista que pudieran ejercer al combinarlos entre ellos (si más de un compuesto es aislado de una planta) y con compuestos comerciales. Si los resultados muestran que los extractos ensayados y los metabolitos activos presentes en ellos exhiben alta efectividad en inhibir las enzimas, ellos pueden surgir como agentes terapéuticos eficaces para el tratamiento de ciertas enfermedades que las involucran y de esta manera mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados. Estos productos pueden dar lugar a las compañías farmaceúticas a producir drogas no convencionales como nuevas alternativas medicinales. Por otro lado estas sustancias pueden derivar en novedosos herbicidas, antimicrobianos o insecticidas.Dado que todas las plantas propuestas crecen fácilmente en Argentina, la producción de estos medicamentos significaría nuevas fuentes laborales para nuestro país. El hecho de poder obtener y posteriormente utilizar estos productos aumenta en forma sustancial el aprovechamiento que podemos darle a nuestra rica flora nativa.