Solution structure of the Shc SH2 domain complexed with a tyrosine-phosphorylated peptide from the T-cell receptor.

She is a widely expressed adapter protein that plays an important role in signaling via a variety of cell surface receptors and has been implicated in coupling the stimulation of growth factor, cytokine, and antigen receptors to the Ras signaling pathway. She interacts with several tyrosine-phosphorylated receptors through its C-terminal SH2 domain, and one of the mechanisms of T-cell receptor-mediated Ras activation involves the interaction of the Shc SH2 domain with the tyrosine-phosphorylated zeta chain of the T-cell receptor. Here we describe a high-resolution NMR structure of the Shc SH2 domain complexed to a phosphopeptide (GHDGLpYQGLSTATK) corresponding to a portion of the zeta chain of the T-cell receptor. Although the overall architecture of the protein is similar to other SH2 domains, distinct structural differences were observed in the smaller beta-sheet, BG loop, (pY + 3) phosphopeptide-binding site, and relative position of the bound phosphopeptide.

Structure and dynamics of ASC2, a pyrin domain-only protein that regulates inflammatory signaling

Pyrin domain (PYD)-containing proteins are key components of pathways that regulate inflammation, apoptosis, and cytokine processing. Their importance is further evidenced by the consequences of mutations in these proteins that give rise to autoimmune and hyperinflammatory syndromes. PYDs, like other members of the death domain ( DD) superfamily, are postulated to mediate homotypic interactions that assemble and regulate the activity of signaling complexes. However, PYDs are presently the least well characterized of all four DD subfamilies. Here we report the three-dimensional structure and dynamic properties of ASC2, a PYD-only protein that functions as a modulator of multidomain PYD-containing proteins involved in NF-KB and caspase-1 activation. ASC2 adopts a six-helix bundle structure with a prominent loop, comprising 13 amino acid residues, between helices two and three. This loop represents a divergent feature of PYDs from other domains with the DD fold. Detailed analysis of backbone N-15 NMR relaxation data using both the Lipari-Szabo model-free and reduced spectral density function formalisms revealed no evidence of contiguous stretches of polypeptide chain with dramatically increased internal motion, except at the extreme N and C termini. Some mobility in the fast, picosecond to nanosecond timescale, was seen in helix 3 and the preceding alpha 2-alpha 3 loop, in stark contrast to the complete disorder seen in the corresponding region of the NALP1 PYD. Our results suggest that extensive conformational flexibility in helix 3 and the alpha 2-alpha 3 loop is not a general feature of pyrin domains. Further, a transition from complete disorder to order of the alpha 2-alpha 3 loop upon binding, as suggested for NALP1, is unlikely to be a common attribute of pyrin domain interactions.

p75 neurotrophin receptor-mediated neuronal death is promoted by Bcl-2 and prevented by Bcl-x(L)

The p75 neurotrophin receptor (p75NTR) has been shown to mediate neuronal death through an unknown pathway. We microinjected p75NTR expression plasmids into sensory neurons in the presence of growth factors and assessed the effect of the expressed proteins on cell survival. We show that, unlike other members of the TNFR family, p75NTR signals death through a unique caspase-dependent death pathway that does not involve the death domain and is differentially regulated by Bcl-2 family members: the anti-apoptotic molecule Bcl-2 both promoted, and was required for, p75NTR killing, whereas killing was inhibited by its homologue BcI-x(L). These results demonstrate that Bcl-2, through distinct molecular mechanisms, either promotes or inhibits neuronal death depending on the nature of the death stimulus.

Projeto de fundações e estrutura de um edifício de betão armado

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil Área de Especialização em Estruturas

Études structurales d’interactions protéine/protéine impliquées dans l’érythropoïèse

Le développement hématopoïétique est régulé par l’action combinée de facteurs de transcription lignée spécifiques et de la machinerie transcriptionnelle de base, permettant ainsi l’expression de gènes en temps et lieu appropriés. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude structurale et fonctionnelle d’interactions décisives pour la régulation de l’expression de gènes et impliquant des domaines de transactivation (TAD). En effet, les interactions faisant intervenir les TAD d’activateurs permettent de réguler l’activation de la transcription de façon spécifique. La première étude présentée dans cette thèse relate l'identification et la caractérisation d'une nouvelle interaction entre deux facteurs de transcription : le facteur hématopoïétique GATA-1 et la protéine suppresseur de tumeur p53. En combinant des études in vitro par titrage calorimétrique en condition isotherme (ITC) et par spectroscopie RMN et des études in vivo, nous avons identifié et caractérisé cette nouvelle interaction. Il s'avère que le TAD de p53 et le domaine de liaison à l’ADN de GATA-1 sont les domaines minimaux requis pour la formation de ce complexe. L'inhibition de la voie p53 par GATA-1 s’est avérée être la conséquence majeure de cette interaction, permettant ainsi le maintien en vie des précurseurs érythrocytaires via l’inhibition de l’apoptose. Un deuxième type d’interaction a fait l’objet d’études : l’interaction entre divers TAD et la machinerie transcriptionnelle de base, plus spécifiquement avec le Facteur général de Transcription IIH (TFIIH). La structure des complexes constitués par la sous-unité Tfb1/p62 du facteur TFIIH en interaction avec le TAD viral de VP16 d’une part, et avec le TAD humain du facteur érythrocytaire « Erythroid Krüppel-like factor» (EKLF) d’autre part, ont été résolues par spectroscopie RMN. La structure du complexe Tfb1/VP16 a révélée que le mode de liaison de VP16 à Tfb1 est similaire au mode de liaison du TAD de p53 avec le même partenaire. En effet, les TAD de VP16 et de p53 forment tous deux une hélice α de 9 résidus en interaction avec Tfb1. En dépit de partager avec p53 et VP16 le même site de liaison sur Tfb1/p62, la structure RMN du complexe EKLF/Tfb1 démontre que le mode d’interaction de ce TAD se distingue du mode de liaison canonique des activeurs transcriptionnels. Etonnamment, EKLF adopte un mécanisme de liaison semblable au mécanisme de liaison du facteur général de transcription TFIIEα avec p62, leurs conformations demeurent étendues en interaction avec Tfb1/p62. En se basant sur nos données structurales, nous avons identifié un résidu dans le TAD d'EKLF décisif pour la formation du complexe EKLF/p62 : le Trp73. La mutation de cet acide aminé perturbe son interaction avec Tfb1PH/p62PH et réduit significativement l'activité transcriptionnelle d'EKLF dans les érythrocytes.

Purification par affinité et marquage isotopique spécifique pour études d’ARN fonctionnels

Il existe un lien étroit entre la structure tridimensionnelle et la fonction cellulaire de l’ARN. Il est donc essentiel d’effectuer des études structurales de molécules d’ARN telles que les riborégulateurs afin de mieux caractériser leurs mécanismes d’action. Une technique de choix, permettant d’obtenir de l’information structurale sur les molécules d’ARN est la spectroscopie RMN. Cette technique est toutefois limitée par deux difficultés majeures. Premièrement, la préparation d’une quantité d’ARN nécessaire à ce type d’étude est un processus long et ardu. Afin de résoudre ce problème, notre laboratoire a développé une technique rapide de purification des ARN par affinité, utilisant une étiquette ARiBo. La deuxième difficulté provient du grand recouvrement des signaux présents sur les spectres RMN de molécules d’ARN. Ce recouvrement est proportionnel à la taille de la molécule étudiée, rendant la détermination de structures d’ARN de plus de 15 kDa extrêmement complexe. La solution émergeante à ce problème est le marquage isotopique spécifique des ARN. Cependant, les protocoles élaborées jusqu’à maintenant sont très coûteux, requièrent plusieurs semaines de manipulation en laboratoire et procurent de faibles rendements. Ce mémoire présente une nouvelle stratégie de marquage isotopique spécifique d’ARN fonctionnels basée sur la purification par affinité ARiBo. Cette approche comprend la séparation et la purification de nucléotides marqués, une ligation enzymatique sur support solide, ainsi que la purification d’ARN par affinité sans restriction de séquence. La nouvelle stratégie développée permet un marquage isotopique rapide et efficace d’ARN fonctionnels et devrait faciliter la détermination de structures d’ARN de grandes tailles par spectroscopie RMN.

Caractérisation structurale et thermodynamique de la reconnaissance du substrat par le ribozyme VS de Neurospora

Les interactions ARN/ARN de type kissing-loop sont des éléments de structure tertiaire qui jouent souvent des rôles clés chez les ARN, tant au niveau fonctionnel que structural. En effet, ce type d’interaction est crucial pour plusieurs processus dépendant des ARN, notamment pour l’initiation de la traduction, la reconnaissance des ARN antisens et la dimérisation de génome rétroviral. Les interactions kissing-loop sont également importantes pour le repliement des ARN, puisqu’elles permettent d’établir des contacts à longue distance entre différents ARN ou encore entre les domaines éloignés d’un même ARN. Ce type d’interaction stabilise aussi les structures complexes des ARN fonctionnels tels que les ARNt, les riborégulateurs et les ribozymes. Comme d’autres ARN fonctionnels, le ribozyme VS de Neurospora contient une interaction kissing-loop importante. Celle-ci est impliquée dans la reconnaissance du substrat et se forme entre la tige-boucle I (stem-loop I, SLI) du substrat et la tige-boucle V (stem-loop V, SLV) du domaine catalytique. Des études biochimiques ont démontré que l’interaction kissing-loop I/V, dépendante du magnésium, implique trois paires de bases Watson-Crick (W-C). De plus, cette interaction est associée à un réarrangement de la structure du substrat, le faisant passer d’une conformation inactive dite unshifted à une conformation active dite shifted. Les travaux présentés dans cette thèse consistent en une caractérisation structurale et thermodynamique de l’interaction kissing-loop I/V du ribozyme VS, laquelle est formée de fragments d’ARN représentant les tige-boucles I et V dérivées du ribozyme VS (SLI et SLV). Cette caractérisation a été réalisée principalement par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) et par titrage calorimétrique isotherme (isothermal titration calorimetry, ITC) en utilisant différents complexes SLI/SLV dans lesquels l’ARN SLV est commun à tous les complexes, alors que différentes variations de l’ARN SLI ont été utilisées, soit en conformation shiftable ou preshifted. Les données d’ITC ont permis de démontrer qu’en présence d’une concentration saturante de magnésium, l’affinité d’un substrat SLI preshifted pour SLV est extrêmement élevée, rendant cette interaction plus stable que ce qui est prédit pour un duplexe d’ARN équivalent. De plus, l’étude effectuée par ITC montre que des ARN SLI preshifted présentent une meilleure affinité pour SLV que des ARN SLI shiftable, ce qui a permis de calculer le coût énergétique associé au réarrangement de structure du substrat. En plus de confirmer la formation des trois paires de bases W-C prédites à la jonction I/V, les études de RMN ont permis d’obtenir une preuve structurale directe du réarrangement structural des substrats SLI shiftable en présence de magnésium et de l’ARN SLV. La structure RMN d’un complexe SLI/SLV de grande affinité démontre que les boucles terminales de SLI et SLV forment chacune un motif U-turn, ce qui facilite l’appariement W-C intermoléculaire. Plusieurs autres interactions ont été définies à l’interface I/V, notamment des triplets de bases, ainsi que des empilements de bases. Ces interactions contribuent d’ailleurs à la création d’une structure présentant un empilement continu, c’est-à-dire qui se propage du centre de l’interaction jusqu’aux bouts des tiges de SLI et SLV. Ces études de RMN permettent donc de mieux comprendre la stabilité exceptionnelle de l’interaction kissing-loop I/V au niveau structural et mènent à l’élaboration d’un modèle cinétique de l’activation du substrat par le ribozyme VS. En considérant l’ensemble des données d’ITC et de RMN, l’étonnante stabilité de l’interaction I/V s’explique probablement par une combinaison de facteurs, dont les motifs U-turn, la présence d’un nucléotide exclu de la boucle de SLV (U700), la liaison de cations magnésium et l’empilement de bases continu à la jonction I/V.

SARS coronavirus unique domain: three-domain molecular architecture in solution and RNA binding

Nonstructural protein 3 of the severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus includes a "SARS-unique domain" (SUD) consisting of three globular domains separated by short linker peptide segments. This work reports NMR structure determinations of the C-terminal domain (SUD-C) and a two-domain construct (SUD-MC) containing the middle domain (SUD-M) and the C-terminal domain, and NMR data on the conformational states of the N-terminal domain (SUD-N) and the SUD-NM two-domain construct. Both SUD-N and SUD-NM are monomeric and globular in solution; in SUD-NM, there is high mobility in the two-residue interdomain linking sequence, with no preferred relative orientation of the two domains. SUD-C adopts a frataxin like fold and has structural similarity to DNA-binding domains of DNA-modifying enzymes. The structures of both SUD-M (previously determined) and SUD-C (from the present study) are maintained in SUD-MC, where the two domains are flexibly linked. Gel-shift experiments showed that both SUD-C and SUD-MC bind to single-stranded RNA and recognize purine bases more strongly than pyrimidine bases, whereby SUD-MC binds to a more restricted set of purine-containing RNA sequences than SUD-M. NMR chemical shift perturbation experiments with observations of (15)N-labeled proteins further resulted in delineation of RNA binding sites (i.e., in SUD-M, a positively charged surface area with a pronounced cavity, and in SUD-C, several residues of an anti-parallel beta-sheet). Overall, the present data provide evidence for molecular mechanisms involving the concerted actions of SUD-M and SUD-C, which result in specific RNA binding that might be unique to the SUD and, thus, to the SARS coronavirus.

SiO(2) in density functional theory and beyond

We present the first-principle electronic structure calculation on an amorphous material including many-body corrections within the GW approximation. We show that the inclusion of the local field effects in the exchange-correlation potential is crucial to quantitatively describe amorphous systems and defect states. We show that the mobility gap of amorphous silica coincides with the band gap of quartz, contrary to the traditional picture and the densityfunctional theory results. (C) 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Deciphering the role of the electrostatic interactions in the alpha-tropomyosin head-to-tail complex

Skeletal alpha-tropomyosin (Tm) is a dimeric coiled-coil protein that forms linear assemblies under low ionic strength conditions in vitro through head-to-tail interactions. A previously published NMR structure of the Tin head-to-tail complex revealed that it is formed by the insertion of the N-terminal coiled-coil of one molecule into a cleft formed by the separation of the helices at the C-terminus of a second molecule. To evaluate the contribution of charged residues to complex stability, we employed single and double-mutant Tm fragments in which specific charged residues were changed to alanine in head-to-tail binding assays, and the effects of the mutations were analyzed by thermodynamic double-mutant cycles and protein-protein docking. The results show that residues K5, K7, and D280 are essential to the stability of the complex. Though D2, K6, D275, and H276 are exposed to the solvent and do not participate in intermolecular contacts in the NMR structure, they may contribute to head-to-tail complex stability by modulating the stability of the helices at the Tm termini.

Computer-Assisted Approach to Structural Elucidation of Lignans

This paper reports an expert system (SISTEMAT) developed for structural determination of diverse chemical classes of natural products, including lignans, based mainly on 13C NMR and 1H NMR data of these compounds. The system is composed of five programs that analyze specific data of a lignan and shows a skeleton probability for the compound. At the end of analyses, the results are grouped, the global probability is computed, and the most probable skeleton is exhibited to the user. SISTEMAT was able to properly predict the skeletons of 80% of the 30 lignans tested, demonstrating its advantage during the structural elucidation course in a short period of time.

Enhancement of optical absorption by modulation of the oxygen flow of TiO2 films deposited by reactive sputtering

Oxygen-deficient TiO2 films with enhanced visible and near-infrared optical absorption have been deposited by reactive sputtering using a planar diode radio frequency magnetron configuration. It is observed that the increase in the absorption coefficient is more effective when the O-2 gas supply is periodically interrupted rather than by a decrease of the partial O-2 gas pressure in the deposition plasma. The optical absorption coefficient at 1.5 eV increases from about 1 x 10(2) cm(-1) to more than 4 x 10(3) cm(-1) as a result of the gas flow discontinuity. A red-shift of similar to 0.24 eV in the optical absorption edge is also observed. High resolution transmission electron microscopy with composition analysis shows that the films present a dense columnar morphology, with estimated mean column width of 40nm. Moreover, the interruptions of the O-2 gas flow do not produce detectable variations in the film composition along its growing direction. X-ray diffraction and micro-Raman experiments indicate the presence of the TiO2 anatase, rutile, and brookite phases. The anatase phase is dominant, with a slight increment of the rutile and brookite phases in films deposited under discontinued O-2 gas flow. The increase of optical absorption in the visible and near-infrared regions has been attributed to a high density of defects in the TiO2 films, which is consistent with density functional theory calculations that place oxygen-related vacancy states in the upper third of the optical bandgap. The electronic structure calculation results, along with the adopted deposition method and experimental data, have been used to propose a mechanism to explain the formation of the observed oxygen-related defects in TiO2 thin films. The observed increase in sub-bandgap absorption and the modeling of the corresponding changes in the electronic structure are potentially useful concerning the optimization of efficiency of the photocatalytic activity and the magnetic doping of TiO2 films. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4724334]

Modelling polymers with side chains: MEH-PPV and P3HT

Modelling polymers with side chains is always a challenge once the degrees of freedom are very high. In this study, we present a successful methodology to model poly[2-methoxy-5-(2′-ethyl-hexyloxy)-p-phenylenevinylene] (MEH-PPV) and poly[3-hexylthiophene] (P3HT) in solutions, taking into account the influence of side chains on the polymer conformation. Molecular dynamics and semi-empirical quantum mechanical methods were used for structure optimisation and evaluation of optical properties. The methodology allows to describe structural and optical characteristics of the polymers in a satisfactory way, as well as to evaluate some usual simplifications adopted for modelling these systems. Effective conjugation lengths of 8-14.6 and 21 monomers were obtained for MEH-PPV and P3HT, respectively, in accordance with experimental findings. In addition, anti/syn conformations of these polymers could be predicted based on intrinsic interactions of the lateral branches. © 2013 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Uma contribuição para o estudo da estrutura de bandas de energia em filmes finos de 'SNO IND.2'

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

Enhancement of optical absorption by modulation of the oxygen flow of TiO2 films deposited by reactive sputtering

Oxygen-deficient TiO2 films with enhanced visible and near-infrared optical absorption have been deposited by reactive sputtering using a planar diode radio frequency magnetron configuration. It is observed that the increase in the absorption coefficient is more effective when the O-2 gas supply is periodically interrupted rather than by a decrease of the partial O-2 gas pressure in the deposition plasma. The optical absorption coefficient at 1.5 eV increases from about 1 x 10(2) cm(-1) to more than 4 x 10(3) cm(-1) as a result of the gas flow discontinuity. A red-shift of similar to 0.24 eV in the optical absorption edge is also observed. High resolution transmission electron microscopy with composition analysis shows that the films present a dense columnar morphology, with estimated mean column width of 40nm. Moreover, the interruptions of the O-2 gas flow do not produce detectable variations in the film composition along its growing direction. X-ray diffraction and micro-Raman experiments indicate the presence of the TiO2 anatase, rutile, and brookite phases. The anatase phase is dominant, with a slight increment of the rutile and brookite phases in films deposited under discontinued O-2 gas flow. The increase of optical absorption in the visible and near-infrared regions has been attributed to a high density of defects in the TiO2 films, which is consistent with density functional theory calculations that place oxygen-related vacancy states in the upper third of the optical bandgap. The electronic structure calculation results, along with the adopted deposition method and experimental data, have been used to propose a mechanism to explain the formation of the observed oxygen-related defects in TiO2 thin films. The observed increase in sub-bandgap absorption and the modeling of the corresponding changes in the electronic structure are potentially useful concerning the optimization of efficiency of the photocatalytic activity and the magnetic doping of TiO2 films. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4724334]