Orthologous and heterologous expression of a protein from Saccharomyces cerevisiae: Optimization for a biotechnological application

In this thesis (TFG) the results of the comparison between different methods to obtain a recombinant protein, by orthologous and heterologous expression, are exposed. This study will help us to identify the best way to express and purify a recombinant protein that will be used for biotechnology applications. In the first part of the project the goal was to find the best expression and purification system to obtain the recombinant protein of interest. To achieve this objective, a system expression in bacteria and in yeast was designed. The DNA was cloned into two different expression vectors to create a fusion protein with two different tags, and the expression of the protein was induced by IPTG or glucose. Additionally, in yeast, two promoters where used to express the protein, the one corresponding to the same protein (orthologous expression), and the ENO2 promoter (heterologous expression). The protein of interest is a NAD-dependent enzyme so, in a second time, its specific activity was evaluated by coenzyme conversion. The results of the TFG suggest that, comparing the model organisms, bacteria are more efficient than yeast because the quantity of protein obtained is higher and better purified. Regarding yeast, comparing the two expression mechanisms that were designed, heterologous expression works much better than the orthologous expression, so in case that we want to use yeast as expression model for the protein of interest, ENO2 will be the best option. Finally, the enzymatic assays, done to compare the effectiveness of the different expression mechanisms respect to the protein activity, revealed that the protein purified in yeast had more activity in converting the NAD coenzyme.

Monitorando atividades enzimáticas com sondas fluorogênicas

Latent fluorogenic probes are essential tools for molecular and chemical biology, providing valuable information about enzymatic activity and occurrence. In this review, a brief outline of fluorophores and latent fluorogenic probes is given. Furthermore, advances and challenges in the development of fluorogenic chemical probes to visualize enzymatic activities (hydrolases and oxidoreductases) of biotechnological and biomedical interest are highlighted, including some methodologies for intracellular imaging.

Perspectives of digestive pest control with proteinase inhibitors that mainly affect the trypsin-like activity of Anticarsia gemmatalis Hübner (Lepidoptera: Noctuidae)

The present study describes the main characteristics of the proteolytic activities of the velvetbean caterpillar, Anticarsia gemmatalis Hübner, and their sensitivity to proteinase inhibitors and activators. Midguts of last instar larvae reared on an artificial diet were homogenized in 0.15 M NaCl and centrifuged at 14,000 g for 10 min at 4ºC and the supernatants were used in enzymatic assays at 30ºC, pH 10.0. Basal total proteolytic activity (azocasein hydrolysis) was 1.14 ± 0.15 absorbance variation min-1 mg protein-1, at 420 nm; basal trypsin-like activity (N-benzoyl-L-arginine-p-nitroanilide, BApNA, hydrolysis) was 0.217 ± 0.02 mmol p-nitroaniline min-1 mg protein-1. The maximum proteolytic activities were observed at pH 10.5 using azocasein and at pH 10.0 using BApNA, this pH being identical to the midgut pH of 10.0. The maximum trypsin-like activity occurred at 50ºC, a temperature that reduces enzyme stability to 80 and 60% of the original, when pre-incubated for 5 and 30 min, respectively. Phenylmethylsulfonyl fluoride inhibited the proteolytic activities with an IC50 of 0.39 mM for azocasein hydrolysis and of 1.35 mM for BApNA hydrolysis. Benzamidine inhibited the hydrolysis with an IC50 of 0.69 and 0.076 mM for azocasein and BApNA, respectively. The absence of cysteine-proteinases is indicated by the fact that 2-mercaptoethanol and L-cysteine did not increase the rate of azocasein hydrolysis. These results demonstrate the presence of serine-proteinases and the predominance of trypsin-like activity in the midgut of Lepidoptera insects, now also detected in A. gemmatalis, and suggest this enzyme as a major target for pest control based on disruption of protein metabolism using proteinase inhibitors.

Studies toward the total synthesis of natural and unnatural aeruginosins

Nous avons démontré l’utilité du groupement protecteur tert-butylsulfonyle (N-Bus) pour la chimie des acides aminés et des peptides. Celui-ci est préparé en deux étapes, impliquant la réaction d’une amine avec le chlorure de tert-butylsulfinyle, suivie par l’oxydation par du m-CPBA, pour obtenir les tert-butylsulfonamides correspondants avec d’excellents rendements. Le groupement N-Bus peut être clivé par traitement avec 0.1 N TfOH/DCM/anisole à 0oC en 10h pour régénérer le sel d’ammonium. Une variété d’acides aminés N-Bus protégés ainsi que d’autres aminoacides peuvent alors être utilisés pour préparer divers dipeptides et tripeptides. A l’exception du groupe N-Fmoc, les conditions de déprotection du groupe N-Bus clivent également les groupements N-Boc, N-Cbz et O-Bn. Une déprotection sélective et orthogonale des groupes N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc et O-Bn est également possible en présence du groupe protecteur N-Bus. Le nouvel acide aminé non-naturel (3R, 2R) 3–méthyl-D-leucine (β-Me-Leu) et son régioisomère 2-méthyle ont été synthétisés par ouverture d’une N-Ts aziridine en présence d’un excès de LiMe2Cu. Chacun des régioisomères du mélange (1:1,2) a été converti en la méthylleucine correspondante, puis couplé à l’acide D-phényllactique puis au motif 2-carboxyperhydroindole 4-amidinobenzamide en présence de DEPBT. Des élaborations ultérieures ont conduit à des analogues peptidiques non-naturels d’aeruginosines telles que la chlorodysinosine A. Les deux analogues ont ensuite été évalués pour leur activité inhibitrice de la thrombine et la trypsine. La présumée aeruginosine 3-sulfate 205B et son anomère β ont été synthétisés avec succès à partir de 5 sous-unités : la 3-chloroleucine, l’acide D-phényllactique, le D-xylose, le 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole et l’agmatine. La comparaison des données RMN 1H et 13C reportées avec celles obtenues avec l’aeruginosine synthétique 205B révèle une différence majeure pour la position du groupe présumé 3'-sulfate sur l’unité D-xylopyranosyle. Nous avons alors synthétisés les dérivés méthyl-α-D-xylopyranosides avec un groupement sulfate à chacune des positions hydroxyles, afin de démontrer sans ambiguïté la présence du sulfate en position C-4' par comparaison des données spectroscopiques RMN 1H et 13C. La structure de l’aeruginosine 205B a alors été révisée. Une des étapes-clés de cette synthèse consiste en la formation du glycoside avec le groupe hydroxyle en C-6 orienté en axial sur la sous-unité Choi. Le 2-thiopyridylcarbonate s’est avéré une méthode efficace pour l’activation anomérique. Le traitement par AgOTf et la tétraméthylurée en solution dans un mélange éther-DCM permet d’obtenir l’anomère α désiré, qui peut alors être aisément séparé de l’anomère β par chromatographie

Effet de la source du sélénium sur le statut du sélénium, de la GSH-Px et sur le système immunitaire des bovins de boucherie

Résumé L’objectif de cette étude était de déterminer les effets de la source de sélénium sur les concentrations de Se et de GSH-Px des vaches de boucherie (n =33) et leurs veaux et sur des paramètres immunitaires des veaux. Deux groupes de vaches ont reçu 3 mg/j/animal de Se organique ou inorganique dans le minéral. Le troisième groupe n'a pas été supplémenté en Se et leurs veaux ont été divisés en deux sous-groupes, l’un des deux a reçu une injection de sélénite de sodium (0,087 mg/Kg) à la naissance. Le Se et la GSH-Px ont été respectivement mesurés par HPLC-UV et par cinétique enzymatique. La phagocytose, la flambée respiratoire et le ratio CD4:CD8ont été évalués par des kits commerciaux et les IgG totales ont été mesurés par immunodiffusion radiale. La supplémentation de Se a augmenté significativement le Se sérique et colostral (P<0,02) et la GSH-Px(P≤0,04) pour les vaches et leurs veaux avec un effet significativement plus élevé pour le Se organique. Le Se du lait a augmenté de façon significative uniquement avec la source organique du Se (P≤0,0007). L’injection du Se chez les veaux a permis une augmentation significative mais temporaire (P<0,0001) du Se sérique. La supplémentation en Se n’a pas influencé les paramètres immunitaires mesurés (P>0,01, non significatif après correction de Bonferroni). Nous concluons que la supplémentation en Se améliore le niveau du Se colostral, lacté et sérique ainsi que la GSH-Px pour les vaches et leurs veaux sans effet sur les paramètres immunitaires mesurés des veaux. Mots clés: Sélénium, veaux de boucherie, phagocytose, flambée respiratoire, anticorps, ratio CD4:CD8, GSH-Px.

La dihydrofolate réductase R67, comme une cible d’antibiotiques et biocatalyseur potentiel

La dihyrofolate réductase de type II R67 (DHFR R67) est une enzyme bactérienne encodée par un plasmide donc aisément transmissible. Elle catalyse la réaction de réduction du dihydrofolate (DHF) en tétrahydrofolate (THFA) essentiel pour la prolifération cellulaire. La DHFR R67 est une enzyme qui dépend du cofacteur NADPH. La DHFR R67 est différente, structurellement et génétiquement, de l’enzyme DHFR chromosomale présente chez tous les organismes et elle est résistante au triméthoprime (TMP) qui est largement utilisé dans les traitements antibactériens chez l’Homme. Aucun inhibiteur sélectif contre la DHFR R67 n’est actuellement répertorié. Le but de cette étude a été d’identifier des molécules qui pourront inhiber la DHFR R67 sélectivement, sans affecter la DHFR humaine (DHFRh). La vérification de la qualité des essais enzymatiques en conditions déterminées pour le criblage d’inhibiteurs sur plusieurs lectrices à plaques a identifié des appareils appropriés pour l’analyse. L’étude de l’activité enzymatique de la DHFR R67 et de la DHFRh en présence des solvants organiques et liquides ioniques (LIs), comme des co-solvants pour le criblage rationnel d’inhibiteurs, a montré que certains LIs peuvent servir de milieu alternatif pour les essais enzymatiques. Le criblage rationnel basé sur l’approche du design d’un inhibiteur à partir de petites molécules, a révélé des molécules primaires qui inhibent la DHFR R67 de façon faible, mais sélective. Le test des composés biologiquement actifs qui comprennent des petits fragments, a montré l’augmentation de l’affinité entre la DHFR R67 et les composés testés. Trois composés ont été déterminés comme des inhibiteurs sélectifs prometteurs pour la DHFR R67.

Caractérisation et étude de la régulation d’une isoforme cytosolique de peroxyrédoxine chez les solanacées

Les peroxyrédoxines (PRXs) forment une famille de peroxydases communes à tous les organismes vivants et ubiquitaires dans la cellule. Leur particularité provient d’un ou deux résidus cystéines accomplissant un cycle d’oxydo-réduction à l’aide d’un donneur d’électron. Ces protéines thiols sensibles au potentiel redox sont impliquées dans le mécanisme de détoxification du H2O2, une molécule oxydante induite lors de situations de stress. Les PRXs pourraient être induites par le stress et régulées par phosphorylation. En effet, des expérimentations in vitro ont démontré que la nucléoside diphosphate kinase 1 (NDPK1) a la capacité de phosphoryler une PRX cytosolique de pomme de terre. Ce mémoire décrit les travaux expérimentaux effectués pour caractériser la fonction de la PRX. Pour cela, le clonage d’une isoforme a été effectué, suivi d’une caractérisation biochimique et d’une étude d’expression de la protéine. Les données de séquençage révèlent qu’il s’agit d’une PRX de type II phylogénétiquement liée aux PRXs cytosoliques. L’ADNc codant pour cette peroxyrédoxine (PRX1) a été cloné chez Solanum chacoense. Une protéine recombinante portant une étiquette (6xHis) en N-terminale a été produite. Des essais enzymatiques ont confirmé la fonction antioxydante de la protéine recombinante et un anticorps polyclonal a été généré chez le lapin puis utilisé en conjonction avec un anticorps anti-NDPK1 pour déterminer les patrons d’expression généraux de ces protéines chez Solanum lycopersicum et Solanum tuberosum lors de situations de stress. Les données démontrent que les deux protéines sont généralement co-exprimées mais pas co-régulées et que la PRX1 est induite en certaines situations de stress.

Synthese und Charakterisierung neuer Stärkederivate für die klinische Anwendung

Ein neuartiges, mehrstufiges Syntheseverfahren wurde zur Darstellung von unterschiedlichen Stärkederivaten (Ether und Ester) entwickelt, die hinsichtlich ihres Eigenschaftsprofils und ihrer Reinheit für die klinische Anwendung als Blutvolumenersatzmittel geeignet sind. Die Synthesen wurden dahingehend gestaltet, dass Produkte mit einer hohen Regioselektivität resultierten. Dabei konnten sämtliche Reaktionsschritte, die zur Modifikation der ursprünglich eingesetzten Wachsmais- und Kartoffelstärken notwendig waren, in einem homogenen, wäss-rigen System ohne zwischenzeitliche Aufarbeitung in einem Eintopfverfahren durchgeführt werden. Die auf diese Weise bevorzugt synthetisierten Carboxymethylstärken wurden mit NMR-spektroskopischen Methoden und GPC-MALLS strukturell eingehend charakterisiert. Mit eigens entwickelten Enzym-Assays konnten essentielle Informationen über die physiolo-gische Wirksamkeit der verschiedenen Stärkederivate in vitro gewonnen werden. Die Ergebnisse konnten mit Untersuchungen an Humanblut verifiziert werden.

Insights into the Specificity of Thioredoxin Reductase-Thioredoxin Interactions. A Structural and Functional Investigation of the Yeast Thioredoxin System

The enzymatic activity of thioredoxin reductase enzymes is endowed by at least two redox centers: a flavin and a dithiol/disulfide CXXC motif. The interaction between thioredoxin reductase and thioredoxin is generally species-specific, but the molecular aspects related to this phenomenon remain elusive. Here, we investigated the yeast cytosolic thioredoxin system, which is composed of NADPH, thioredoxin reductase (ScTrxR1), and thioredoxin 1 (ScTrx1) or thioredoxin 2 (ScTrx2). We showed that ScTrxR1 was able to efficiently reduce yeast thioredoxins (mitochondrial and cytosolic) but failed to reduce the human and Escherichia coli thioredoxin counterparts. To gain insights into this specificity, the crystallographic structure of oxidized ScTrxR1 was solved at 2.4 angstrom resolution. The protein topology of the redox centers indicated the necessity of a large structural rearrangement for FAD and thioredoxin reduction using NADPH. Therefore, we modeled a large structural rotation between the two ScTrxR1 domains (based on the previously described crystal structure, PDB code 1F6M). Employing diverse approaches including enzymatic assays, site-directed mutagenesis, amino acid sequence alignment, and structure comparisons, insights were obtained about the features involved in the species-specificity phenomenon, such as complementary electronic parameters between the surfaces of ScTrxR1 and yeast thioredoxin enzymes and loops and residues (such as Ser(72) in ScTrx2). Finally, structural comparisons and amino acid alignments led us to propose a new classification that includes a larger number of enzymes with thioredoxin reductase activity, neglected in the low/high molecular weight classification.

Lysozyme binding to poly(4-vinyl-N-alkylpyridinium bromide)

The adsorption behavior of polycations at ionic strengths (1) ranging from 0.001 to 0.1 onto silicon wafers was studied by means of ellipsometry, contact angle measurements and atomic force microscopy (AFM). Polycations chosen were bromide salts of poly(4-vinylpyridine) N-alkyl quaternized with linear aliphatic chains of 2 and 5 carbon atoms, QPVP-C2 and QPVP-C5, respectively. Under 1 0.001 the reduction of screening effects led to low adsorbed amounts of QPVP-C2 or QPVP-C5 (1.0 +/- 0.1 mg/m(2)), arising from the adsorption of extended chains. Upon increasing l to 0.1, screening effects led to conformational changes of polyelectrolyte chains ill Solution and to higher adsorbed amount values (1.9 +/- 0.2 mg/m(2)). Advancing contact angle theta(a) measurements performed with water drops onto QPVP-C2 and QPVP-C5 adsorbed layers varied from (45 +/- 2)degrees to (50 +/- 5)degrees, evidencing the exposure of both hydrophobic alkyl groups and charged moieties. The adsorption of lysozyme (LYZ) molecules to QPVP-C5 layers was more pronounced than to QPVP-C2 films. Antimicrobial effect of LYZ bound to QPVP-C2 or QPVP-C5 layers or to Si wafers was evaluated with enzymatic assays using Micrococcus luteus as Substrates. The adsorption behavior of QPVP-C2 and QPVP-C5 at the water-air interface was studied by means Of surface tension measurements. Only QPVP-C5 was able to reduce water Surface tension. Mixtures of LYZ and QPVP-C5 were more efficient in reducing Surface tension than pure LYZ solution, evidencing co-adsorption at liquid-air interface. Moreover, antimicrobial action observed for mixtures of LYZ and QPVP-C5 was more pronounced than that measured for pure LYZ. Hydrophobic interaction between LYZ and QPVP-C5 ill Solution seems to drive the binding and to preserve LYZ secondary structure. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Insights into the Specificity of Thioredoxin Reductase-Thioredoxin Interactions. A Structural and Functional Investigation of the Yeast Thioredoxin System

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Antioxidant activity of indigo and its preventive effect against ethanol-induced DNA damage in rat gastric mucosa

Ethanol-induced oxidative damage is commonly associated with the generation of reactive oxygen molecules, leading to oxidative stress. Considering that antioxidant activity is an important mechanism of action involved in cytoprotection, the aim of this work was to evaluate the antioxidant properties of the alkaloid indigo (1) (2 mg/kg, p. o.), obtained from the leaves of Indigofera truxillensis Kunth (Fabaceae), on rat gastric mucosa submitted to ethanol-induced (100%, 1 mL, p.o.) gastric ulcer. Enzymatic assays and DNA fragmentation analysis were performed. When ethanol was administered to the control group, the sulfhydryl content (SH) and the glutathione peroxidase (GPx) activity decreased by 41% and 50%, respectively; in contrast, superoxide dismutase (SOD) and glutathione reductase (GR) activities increased by 56% and 67%, respectively. Additionally, myeloperoxidase (MPO) activity, a marker for free radical generation caused by polymorphonuclear neutrophil (PMN) tissue infiltration, also increased 4.5-fold after ethanol treatment. Rat gastric mucosa exposed to ethanol showed DNA fragmentation. Indigo alkaloid pretreatment protected rats from ethanol-induced gastric lesions. This effect was determined by the ulcerative lesion area (ULA), indicating an inhibition of around 80% at 2 mg/kg. This alkaloid also diminished GPx activity, which was higher than that observed with ethanol alone. However, this effect was counterbalanced by increased GR activity. Indigo was unable to restore alterations in SOD activity promoted by ethanol. After indigo pretreatment, SH levels and MPO activity remained normal and gastric mucosa DNA damage caused by ethanol was also partially prevented by indigo. These results suggest that the gastroprotective mechanisms of indigo include non-enzymatic antioxidant effects and the inhibition of PMN infiltration which, in combination, partially protect the gastric mucosa against ethanol-induced DNA damage.

Purification of papain from fresh latex of Carica papaya

No presente trabalho apresenta-se um método de cristalização da papaína oriunda do látex fresco de mamão, o qual apresenta uma alta produtividade em relação aos métodos previamente descritos. A metodologia aqui descrita não envolve o uso de reagentes sulfidrílicos, a papaína foi obtida de forma praticamente pura, apresentando uma simples banda quando submetida a eletroforese, e com propriedades idênticas àquelas obtidas por outros métodos. A atividade específica foi determinada utilizando Z-gly-pNP e BAEE como substrato. A papaína obtida por essa metodologia, sem uso de substâncias tais como cisteína e ditiotreitol, apresenta-se na forma de um complexo com inibidores naturais, os quais podem ser removidos por diálise.

Snake Venomic of Crotalus durissus terrificus-Correlation with Pharmacological Activities

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Snake venomics of the Siamese Russell's viper (Daboia russelli siamensis) - Relation to pharmacological activities

The venom proteome of Daboia russelli siamensis, a snake of medical importance in several Asian countries, was analysed by 2-D electrophoresis, subsequent MS/MS and enzymatic assays. The proteome comprises toxins from six protein families: serine proteinases, metalloproteinases, phospholipases A(2), L-amino acid oxidases, vascular endothelial growth factors and C-type lectin-like proteins. The venom toxin composition correlates with the clinical manifestation of the Russell's viper bite and explains pathological effects of the venom such as coagulopathy, oedema, hypotensive, necrotic and tissue damaging effects. The vast majority of toxins are potentially involved in coagulopathy and neurotoxic effects. The predominant venom components are proteinases capable of activating blood coagulation factors and promoting a rapid clotting of the blood, and neurotoxic phospholipase A(2)s. The analysis of the venom protein composition provides a catalogue of secreted toxins. The proteome of D. r. siamensis exhibits a lower level of toxin diversity than the proteomes of other viperid snakes. In comparison to the venoms of Vipera ammodytes ammodytes and Vipera ammodytes meridionalis, the venom from D. r. siamensis showed quantitative differences in the proteolytic, phospholipase A2, L-amino acid oxidase and alkaline phosphatase activities. (c) 2009 Published by Elsevier B.V.