Oxidação da calcopirita (CuFe S'IND.2') por Acidithiobacillus ferooxidans em presença de cisteína e de Acidithiobacillus thiooxidans

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Caracterização dos genes codificadores da hemaglutinina e PB2 do vírus Influenza A (H1N1) pandêmico isolado na mesorregião metropolitana de Belém

A recente pandemia de gripe de 2009/2010 causada pelo vírus A (H1N1) pandêmico mostrou um perfil de gravidade diferente da gripe sazonal, pois um percentual considerável de casos graves e fatais ocorreu em indivíduos adultos jovens, sem comorbidade. A virulência dos vírus Influenza A (H1N1) pandêmico resulta de interações protéicas complexas e depende essencialmente de alguns genes virais. O objetivo deste estudo foi caracterizar os genes codificadores da hemaglutinina (H1) e polimerase básica 2 (PB2) do vírus Influenza A (H1N1) pandêmico mediante a obtenção de cepas provenientes de pacientes com gripe procedente da mesorregião metropolitana de Belém-PA. O tamanho amostral foi constituído de 87 amostras aleatórias de ambos os sexos de 0 a 96 anos, com síndrome respiratória aguda grave (SRAG) sem nenhuma comorbidade relatada, no período de maio de 2009 a agosto de 2010. As amostras foram isoladas em cultura de célula MDCK e analisadas por técnicas de biologia molecular que compreenderam três etapas principais: a) extração do RNA viral (RNAv) a partir do sobrenadante celular; b) amplificação do RNAv pela técnica de Reação em Cadeia mediada pela Polimerase precedida de Transcrição Reversa (RT-PCR); c) sequenciamento completo dos genes codificadores da H1 e PB2. Das 87 cepas amplificadas pelo RT-PCR, em 82 tornou-se possível a obtenção e análise de sequências para o gene HA, enquanto que de 81 amostras virais obteve-se sequências para o gene PB2. A análise comparativa das sequências obtidas com a sequência da cepa vacinal (A/California/07/2009(H1N1)) revelou substituições aminoacídicas na HA (P83S; D97N; S203T; D222G; Q293H e I321V) e na PB2 (K340N; K526R e M631L), no entanto sem associação a hospitalização. Ao nível de substituição na HA, a D97N isolada ou associada com a S203T, foi detectada com mais frequência na primeira onda. Já ao nível da PB2 a substituição K526R foi mais encontrada em cepas que circularam na primeira onda, enquanto que, a M631L foi mais evidenciada na segunda. A substituição D222G na HA só foi encontrada em casos de óbitos. Por fim, observou-se uma tendência de alterações nos sítios antigênicos da HA. Sendo assim, a contínua vigilância genética e antigênica do vírus Influenza A (H1N1) pdm em circulação, bem como o compartilhamento de informações é de extrema importância para a melhor recomendação possível para os vírus que entram na composição vacinal evitando assim maior risco de epidemias severas no futuro.

Perfil genotípico de resistência do vírus Influenza A (H1N1) pandêmico aos inibidores da neuraminidase em pacientes procedentes da mesorregião de Belém no período de maio de 2009 a maio de 2012

O vírus Influenza é o responsável pela gripe, uma doença que ocasiona milhões de mortes e hospitalizações todos os anos. Nas infecções severas, especialmente em pessoas com risco para complicações, os antivirais tornam-se os principais meios para o manejo clínico, merecendo especial destaque os inibidores da neuraminidase (INAs). De fato, na pandemia de 2009 a Organização Mundial da Saúde (OMS) recomendou o uso do oseltamivir para o tratamento dos doentes. Porém, devido à evolução genética viral, surgiram cepas com mutações no gene codificador da neuraminidase (NA) responsáveis por substituições aminoacídicas que levam à resistência aos fármacos INAs. Assim, a OMS passou a recomendar a vigilância de resistência genotípica para os vírus Influenza. Este trabalho teve como objetivos verificar a ocorrência de mutações no gene codificador da NA dos vírus Influenza A (H1N1) pandêmico que possam estar relacionadas à resistência aos INAs em cepas circulantes na mesorregião metropolitana de Belém no período de maio de 2009 a maio de 2012 e analisar, através da modelagem de proteínas, as substituições aminoacídicas da NA que possam estar influenciando na conformação protéica. Durante o período de estudo, foram recebidas no Laboratório de Vírus Respiratórios 2619 amostras clínicas de pacientes que apresentavam sinais e sintomas de infecção respiratória aguda com até cinco dias de evolução. Para a detecção do genoma viral foi feita a extração do RNA viral, seguida de RT-PCR em tempo real utilizando marcadores específicos para Influenza A H1N1pdm, resultando em 744 (28,4%) positivas. Parte das amostras positivas foram então inoculadas em células MDCK. Para as amostras isoladas em cultura de células, foi feita uma nova extração do RNA viral seguida de uma RT-PCR e semi-nested (PCR) utilizando iniciadores específicos para o gene NA, e posterior análise em sequenciador automático ABI Prism 3130xl (Applied Biosystems). A modelagem molecular da NA foi realizada através dos softwares SWISS-MODEL, MODELLER 9.10, PROCHECK, VERIFY3D e PYMOL. A análise parcial das sequências da neuraminidase nas amostras sequenciadas mostrou que não houve a circulação de cepas de vírus H1N1pdm com a mutação H275Y, a principal envolvida na resistência ao oseltamivir. Porém, em duas amostras foi identificada a substituição D199N que já foi relatada em vários estudos mostrando uma possível associação com o aumento da resistência ao oseltamivir. As amostras de 2012 apresentaram duas substituições (V241I e N369K) que estão relacionadas com um possível papel na compensação dos efeitos negativos causados pela mutação H275Y. A modelagem molecular mostrou que na mutação D199N houve uma alteração na estrutura da proteína NA próxima ao sítio de ligação ao antiviral. A análise filogenética revelou que as amostras de 2012 formaram um cluster isolado, demonstrando uma variação muito mais temporal do que geográfica. Este representa o primeiro estudo de resistência dos vírus Influenza H1N1pdm na mesorregião metropolitana de Belém, representando um importante instrumento para que os profissionais de saúde adotem estratégias mais eficazes no manejo da doença e no desenvolvimento de novos fármacos anti-influenza.

Chemical composition and fatty acid contents in farmed freshwater prawns

The objective of this work was to evaluate the chemical composition and fatty acid contents of Amazonian and giant river prawns. After four-month farming, with the same diet for both species, palmitic and stearic acids were the main saturated fatty acids. Oleic acid was the main monounsatured fatty acid, and the eicosapentaenoic and docosahexaenoic acids were the most abundant polyunsaturated acids. Amazonian prawn has higher levels of protein and polyunsaturated fatty acids than those of the giant river prawn, which shows its potential for aquaculture.

Transport of amino acids from milk whey by Caco-2 cell monolayer after hydrolytic action of gastrointestinal enzymes

The bioavailability of amino adds from milk whey protein hydrolysates was evaluated using diffusion of the substances through semi-permeable membranes (dialyzability) and transport by Caco-2 cell cultures. The hydrolysates with low degree of hydrolysis (LDH) and high degree of hydrolysis (HDH) were obtained after 120 min of reaction time at 50 degrees C after the initial addition of pepsin, followed by the addition of trypsin, chymotrypsin and carboxypeptidase-A. The proteins and hydrolysates were further subjected to in vitro digestion with pepsin plus pancreatin. HPLC was used to determine the concentrations of dialyzable amino adds (48.4% of the non-hydrolyzed proteins, 63.2% of the LDH sample and 58.3% of the HDH sample), demonstrating the greater dialyzability of the hydrolysates. The LDH and HDH whey protein hydrolysates prepared with pepsin, trypsin, chymotrypsin and carboxypeptidase-A showed only 14.7% and 20.8% of dialyzable small peptides and amino acids, respectively. The efficiency of absorption was demonstrated by the preferential transport of Ile, Lou and Arg through a layer of cells. In the LDH hydrolysate, Tyr was also transported. Prior high- and low-degree hydrolysis of the whey provided transport by 5.7% and 6.6%, respectively, in comparison with 23% for non-hydrolyzed proteins, considering the total amount of these amino adds that was applied to the cells. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Metabolomics method to comprehensively analyze amino acids in different domains

Amino acids play essential roles in both metabolism and the proteome. Many studies have profiled free amino acids (FAAs) or proteins; however, few have connected the measurement of FAA with individual amino acids in the proteome. In this study, we developed a metabolomics method to comprehensively analyze amino acids in different domains, using two examples of different sample types and disease models. We first examined the responses of FAAs and insoluble-proteome amino acids (IPAAs) to the Myc oncogene in Tet21N human neuroblastoma cells. The metabolic and proteomic amino acid profiles were quite different, even under the same Myc condition, and their combination provided a better understanding of the biological status. In addition, amino acids were measured in 3 domains (FAAs, free and soluble-proteome amino acids (FSPAAs), and IPAAs) to study changes in serum amino acid profiles related to colon cancer. A penalized logistic regression model based on the amino acids from the three domains had better sensitivity and specificity than that from each individual domain. To the best of our knowledge, this is the first study to perform a combined analysis of amino acids in different domains, and indicates the useful biological information available from a metabolomics analysis of the protein pellet. This study lays the foundation for further quantitative tracking of the distribution of amino acids in different domains, with opportunities for better diagnosis and mechanistic studies of various diseases.

Structural insights regarding an insecticidal Talisia esculenta protein and its biotechnological potential for Diatraea saccharalis larval control

Talisin is a seed-storage protein from Talisia esculenta that presents lectin-like activities, as well as proteinase-inhibitor properties. The present study aims to provide new in vitro and in silico biochemical information about this protein, shedding some light on its mechanistic inhibitory strategies. A theoretical three-dimensional structure of Talisin bound to trypsin was constructed in order to determine the relative interaction mode. Since the structure of non-competitive inhibition has not been elucidated, Talisin-trypsin docking was carried out using Hex v5.1, since the structure of non-competitive inhibition has not been elucidated. The predicted non-coincidence of the trypsin binding site is completely different from that previously proposed for Kunitz-type inhibitors, which demonstrate a substitution of an Arg(64) for the Glu(64) residue. Data, therefore, provide more information regarding the mechanisms of non-competitive plant proteinase inhibitors. Bioassays with Talisin also presented a strong insecticide effect on the larval development of Diatraea saccharalis, demonstrating LD50 and ED50 of ca. 2.0% and 1.5%, respectively. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Isolation and characterization of moojenin, an acid-active, anticoagulant metalloproteinase from Bothrops moojeni venom

A fibrinogenolytic metalloproteinase from Bothrops moojeni venom, named moojenin, was purified by a combination of ion-exchange chromatography on DEAE-Sephacel and gel filtration on Sephacryl S-300. SDS-PAGE analysis indicated that moojenin consists of a single polypeptide chain and has a molecular mass about 45 kDa. Sequencing of moojenin by Edman degradation revealed the amino acid sequence LGPDIVSPPVCGNELLEV-GEECDCGTPENCQNE, which showed strong identity with many other snake venom metalloproteinases (SVMPs). The enzyme cleaves the A alpha-chain of fibrinogen first, followed by the E beta-chain, and shows no effects on the gamma-chain. Moojenin showed a coagulant activity on bovine plasma about 3.1 fold lower than crude venom. The fibrinogenolytic and coagulant activities of the moojenin were abolished by preincubation with EDTA, 1,10-phenanthroline and beta-mercaptoethanol. Moojenin showed maximum activity at temperatures ranging from 30 to 40 degrees C and its optimal pH was 4.0. Its activity was completely lost at temperatures above 50 degrees C. Moojenin induced necrosis in liver and muscle, evidenced by morphological alterations, but did not cause histological alterations in mouse lungs, kidney or heart. Moojenin rendered the blood uncoagulatable when it was intraperitoneally administered into mice. This metalloproteinase may be of medical interest because of its anticoagulant activity. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Exogenous ornithine is an effective precursor and the delta-ornithine amino transferase pathway contributes to proline accumulation under high N recycling in salt-stressed cashew leaves

The role of the delta-ornithine amino transferase (OAT) pathway in proline synthesis is still controversial and was assessed in leaves of cashew plants subjected to salinity. The activities of enzymes and the concentrations of metabolites involved in proline synthesis were examined in parallel with the capacity of exogenous ornithine and glutamate to induce proline accumulation. Proline accumulation was best correlated with OAT activity, which increased 4-fold and was paralleled by NADH oxidation coupled to the activities of OAT and Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate reductase (P5CR), demonstrating the potential of proline synthesis via OAT/P5C. Overall, the activities of GS. GOGAT and aminating GDH remained practically unchanged under salinity. The activity of P5CR did not respond to NaCl whereas Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase was sharply repressed by salinity. We suggest that if the export of P5C from the mitochondria to the cytosol is possible, its subsequent conversion to proline by P5CR may be important. In a time-course experiment, proline accumulation was associated with disturbances in amino acid metabolism as indicated by large increases in the concentrations of ammonia, free amino acids, glutamine, arginine and ornithine. Conversely, glutamate concentrations increased moderately and only within the first 24 h. Exogenous feeding of ornithine as a precursor was very effective in inducing proline accumulation in intact plants and leaf discs, in which proline concentrations were several times higher than glutamate-fed or salt-treated plants. Our data suggest that proline accumulation might be a consequence of salt-induced increase in N recycling, resulting in increased levels of ornithine and other metabolites involved with proline synthesis and OAT activity. Under these metabolic circumstances the OAT pathway might contribute significantly to proline accumulation in salt-stressed cashew leaves. (C) 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Phylodynamics and Dispersal of HRSV Entails Its Permanence in the General Population in between Yearly Outbreaks in Children

Background: Human respiratory syncytial virus (HRSV) is one of the major etiologic agents of respiratory tract infections among children worldwide. Methodology/Principal Findings: Here through a comprehensive analysis of the two major HRSV groups A and B (n = 1983) which comprise of several genotypes, we present a complex pattern of population dynamics of HRSV over a time period of 50 years (1956-2006). Circulation pattern of HRSV revealed a series of expansions and fluctuations of co-circulating lineages with a predominance of HRSVA. Positively selected amino acid substitutions of the G glycoprotein occurred upon population growth of GB3 with a 60-nucleotide insertion (GB3 Insert), while other genotypes acquired substitutions upon both population growth and decrease, thus possibly reflecting a role for immune selected epitopes in linkage to the traced substitution sites that may have important relevance for vaccine design. Analysis evidenced the co-circulation and predominance of distinct HRSV genotypes in Brazil and suggested a year-round presence of the virus. In Brazil, GA2 and GA5 were the main culprits of HRSV outbreaks until recently, when the GB3 Insert became highly prevalent. Using Bayesian methods, we determined the dispersal patterns of genotypes through several inferred migratory routes. Conclusions/Significance: Genotypes spread across continents and between neighboring areas. Crucially, genotypes also remained at any given region for extended periods, independent of seasonal outbreaks possibly maintained by re-infecting the general population.

Structural studies of Helicase NS3 variants from Hepatitis C virus genotype 3 in virological sustained responder and non-responder patients

Abstract Background About 130 million people are infected with the hepatitis C virus (HCV) worldwide, but effective treatment options are not yet available. One of the most promising targets for antiviral therapy is nonstructural protein 3 (NS3). To identify possible changes in the structure of NS3 associated with virological sustained response or non-response of patients, a model was constructed for each helicase NS3 protein coding sequence. From this, the goal was to verify the interaction between helicases variants and their ligands. Findings Evidence was found that the NS3 helicase portion of non-responder patients contained substitutions in its ATP and RNA binding sites. K210E substitution can cause an imbalance in the distribution of loads, leading to a decrease in the number of ligations between the essential amino acids required for the hydrolysis of ATP. W501R substitution causes an imbalance in the distribution of loads, leading and forcing the RNA to interact with the amino acid Thr269, but not preventing binding of ribavirin inhibitor. Conclusions Useful information is provided on the genetic profiling of the HCV genotype 3, specifically the coding region of the NS3 protein, improving our understanding of the viral genome and the regions of its protein catalytic site.

Endosymbiosis in trypanosomatids: the genomic cooperation between bacterium and host in the synthesis of essential amino acids is heavily influenced by multiple horizontal gene transfers

Background Trypanosomatids of the genera Angomonas and Strigomonas live in a mutualistic association characterized by extensive metabolic cooperation with obligate endosymbiotic Betaproteobacteria. However, the role played by the symbiont has been more guessed by indirect means than evidenced. Symbiont-harboring trypanosomatids, in contrast to their counterparts lacking symbionts, exhibit lower nutritional requirements and are autotrophic for essential amino acids. To evidence the symbiont’s contributions to this autotrophy, entire genomes of symbionts and trypanosomatids with and without symbionts were sequenced here. Results Analyses of the essential amino acid pathways revealed that most biosynthetic routes are in the symbiont genome. By contrast, the host trypanosomatid genome contains fewer genes, about half of which originated from different bacterial groups, perhaps only one of which (ornithine cyclodeaminase, EC:4.3.1.12) derived from the symbiont. Nutritional, enzymatic, and genomic data were jointly analyzed to construct an integrated view of essential amino acid metabolism in symbiont-harboring trypanosomatids. This comprehensive analysis showed perfect concordance among all these data, and revealed that the symbiont contains genes for enzymes that complete essential biosynthetic routes for the host amino acid production, thus explaining the low requirement for these elements in symbiont-harboring trypanosomatids. Phylogenetic analyses show that the cooperation between symbionts and their hosts is complemented by multiple horizontal gene transfers, from bacterial lineages to trypanosomatids, that occurred several times in the course of their evolution. Transfers occur preferentially in parts of the pathways that are missing from other eukaryotes. Conclusion We have herein uncovered the genetic and evolutionary bases of essential amino acid biosynthesis in several trypanosomatids with and without endosymbionts, explaining and complementing decades of experimental results. We uncovered the remarkable plasticity in essential amino acid biosynthesis pathway evolution in these protozoans, demonstrating heavy influence of horizontal gene transfer events, from Bacteria to trypanosomatid nuclei, in the evolution of these pathways.

Elaeocarpacae-Alkaloide: flexible Synthese optisch aktiver (-) Elaeokanin C Schlüsselbausteine

Kurzzusammenfassung Elaeocarpacae-Alkaloide: flexible Synthesen optisch aktiver (-) Elaeokanin C Schlüsselbausteine Im Tier- und Pflanzenreich sind Alkaloide weit verbreitet und werden von der Biogenese her als Produkte des Aminosäure-Stoffwechsels angesehen. Die Elaeocarpacae-Alkaloide zählen zu den Indolizidinen, welche durch ein Azabicyclo-[4.3.0]-nonan Grundgerüst charakterisiert sind und erstmals Ende der 60er Jahre des letzten Jahrhunderts aus den Blättern der in Neu Guinea beheimateten Ölbaumgewächse isoliert wurden. Für verschiedene Vertreter dieses Alkaloid-Typs wurden sowohl racemische als auch asymmetrische Totalsynthesen entwickelt. Während für das (+) Elaeokanin C bereits Totalsynthesen existieren, gibt es für das (-) Elaeokanin C bis heute keine asymmetrische Synthese. Als Fernziel der vorliegenden Arbeit wurde die erste Totalsynthese von (-) Elaeokanin C ausgewählt. Der Syntheseplan sieht zunächst den diastereoselektiven Aufbau eines optisch aktiven Schlüsselbausteins mit Naturstoff-Stereotriade im Sinne einer konvergenten ex-chiral-pool Synthese vor. Im Rahmen dieser Arbeit konnte dies durch die Aza-Claisen-Umlagerung realisiert werden. Ausgehend von diesem Schlüsselbaustein wurden verschiedene Synthesewege verfolgt um sowohl das Substitutionsmuster der Seitenkette als auch das des Piperidinsegments vielfältig variieren zu können. Die Einführung der Seitenkette erwies sich durch vielfältige Nachbargruppeneffekte wie die unerwünschte 5-exo-trig Cyclisierung zu einem Pyrrolizidin Derivat als große Hürde. Eine geänderte Synthesestrategie mit einem schrittweisen Aufbau der Kette lieferte schließlich den Baustein, aus dem nun in wenigen Stufen das (-) Elaeokanin C sowie vielfältige Analoga herzustellen sein sollten.

Ursachen der unterschiedlichen Oligomerisierung von Lichtsammelproteinen

Die verschiedenen Lichtsammelproteine (Lhc-Proteine) höherer Pflanzen unterscheiden sich im Oligomerisierungsverhalten. Im Photosystem II existieren 6 Lhc-Proteine, die entweder die monomeren Lichtsammelkomplexe (LHC) CP24 (Lhcb6), CP26 (Lhcb5) und CP29 (Lhcb4) oder den trimeren LHCII (Lhcb1, Lhcb2 und Lhcb3) bilden. Im Photosystem I sind laut Kristallstruktur vier Lhc-Proteine lokalisiert, die als Heterodimere organisiert vorliegen. Der schwerpunktmäßig untersuchte LHCI-730 setzt sich aus Lhca1 und Lhca4 zusammen, während der LHCI-680 aus Lhca2 und Lhca3 besteht. Das Ziel der Arbeit bestand in der Identifizierung der für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten verantwortlichen Proteinbereiche und Aminosäuren. Die für diese Arbeit generierten Consensussequenzalignments verschiedener Lhca- und Lhcb-Proteine vieler Arten unterstützen die Folgerungen aus Strukturdaten und anderen Sequenzalignments, dass den LHCs eine gemeinsame Monomerstruktur zu Grunde liegt. Die Helices 1 und 3 weisen weitgehend sehr hohe Sequenzidentitäten auf, während die N- und C-Termini, die zwei Schleifenregionen und die Helix 2 nur schwach konserviert sind. Falls die Bereiche mit hoher Sequenzübereinstimmung für das Zustandekommen ähnlicher monomerer LHC-Strukturen verantwortlich sind, könnten in den schwach konservierten Domänen die Ursachen für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten lokalisiert sein. Aufgrund dessen wurden die schwach konservierten Domänen des monomerisierenden Lhcb4, des mit dem Lhca1 dimerisierenden Lhca4 und des Trimere bildenden Lhcb1 gegen die entsprechenden Domänen der anderen Proteine ausgetauscht und bezüglich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Im Lhca4 konnten mit der Helix 2 und der stromalen Schleife zwei für eine Heterodimerisierung essentielle Domänen gefunden werden. Im Lhcb1 waren neben dem N-Terminus auch die 2. Helix und die stromale Schleifendomäne unentbehrlich für eine Trimerisierung. Zusätzlich waren Dimerisierung und Trimerisierung bei Austausch der luminalen Schleife beeinträchtigt. Ein geringer Beitrag zur Lhcb1-Trimerisierung konnte auch für den C-Terminus belegt werden. Ein zusätzliches Ziel der Arbeit sollte der Transfer der Oligomerisierungseigenschaften durch umfangreichen Domänentausch von einem auf ein anderes Protein sein. Der Transfer der Fähigkeit zur Dimerbildung durch Substitution gegen essentielle Lhca4-Domänen (50% luminale Schleife, 100% Helix 2 und 100% stromale Schleife) gelang beim Lhcb4, nicht aber beim Lhcb1. Der Transfer der Trimerisierungsfähigkeit auf Lhca4 und Lhcb4 scheiterte. Eine Lhca1-Mutante mit allen für eine Dimerisierung essentiellen Lhca4-Domänen, die durch Interaktion einzelner Moleküle untereinander multimere LHCs bilden sollte, war bereits in ihrer Monomerbildung beeinträchtigt. Eine Übertragung der Oligomerisierungsfähigkeit auf andere Proteine durch massiven Domänentransfer gestaltete sich somit schwierig, da vermutlich im mutierten Protein immer noch ursprüngliche Tertiärstrukturanteile enthalten waren, die nicht mit den transferierten Proteinbestandteilen kompatibel sind. Bei zukünftigen Experimenten zur Klärung der Transferierbarkeit der Oligomerisierungseigenschaft sollten deswegen neben dem unberücksichtigten 1. Teil der luminalen Schleife auch wenig konservierte Aminosäuren in der 1. und 3. Helix Beachtung finden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die LHCI-730-Dimerisierung im Detail zu untersuchen. Mutationsanalysen bestätigten den von früheren Untersuchungen bekannten Einfluss des Isoleucins 103 und Histidins 99. Letzteres geht möglicherweise durch sein gebundenes Chlorophyll eine Interaktion mit dem Lhca1 ein. Das Phenylalanin 95 stellte sich ebenfalls als ein wichtiger Interaktionspartner heraus und könnte in Wechselwirkung mit einem zwischen Lhca1 und Lhca4 lokalisierten Phosphatidylglycerin treten. Das ebenfalls an der Dimerbildung beteiligte Serin 88 des Lhca4 könnte auf Grund der räumlichen Nähe bei Modellierungen direkt mit dem am C-Terminus des Lhca1 lokalisierten Glycin 190 interagieren. Darüber hinaus wurde ein in der luminalen Lhca4-Schleife lokalisiertes Phenylalanin 84 als Interaktionspartner des Tryptophans 185 im C-Terminus von Lhca1 identifiziert. Der simultane Austausch des Isoleucins 109 und Lysins 110 in der stromalen Schleife des Lhca4, konnte deren Einfluss auf die Dimerisierung belegen. Nachdem bislang an der Dimerbildung beteiligte Aminosäuren am N- und C-Terminus des Lhca1 und Lhca4 identifiziert werden konnten, wurden in dieser Arbeit viele an einer Dimerbildung beteiligten Proteinbereiche und Aminosäuren in der Helix 2 und den Schleifenregionen des Lhca4 identifiziert. Um alle an der Lhca1-Lhca4-Interaktion beteiligten Aminosäuren aufzuklären, müssten durch Mutationsanalysen die in der stromalen Lhca4-Schleife vermuteten Interaktionspartner des für die Dimerisierung wichtigen Tryptophans 4 am N-Terminus von Lhca1 identifiziert, und die in der Helix 3 des Lhca1 vermuteten Interaktionspartner der Helix 2 des Lhca4 ermittelt werden.

Biochemical analysis of the phosphatase domain of the human soluble epoxide hydrolase (sEH)

Die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) gehört zur Familie der Epoxidhydrolase-Enzyme. Die Rolle der sEH besteht klassischerweise in der Detoxifikation, durch Umwandlung potenziell schädlicher Epoxide in deren unschädliche Diol-Form. Hauptsächlich setzt die sEH endogene, der Arachidonsäure verwandte Signalmoleküle, wie beispielsweise die Epoxyeicosatrienoic acid, zu den entsprechenden Diolen um. Daher könnte die sEH als ein Zielenzym in der Therapie von Bluthochdruck und Entzündungen sowie diverser anderer Erkrankungen eingesetzt werden. rnDie sEH ist ein Homodimer, in dem jede Untereinheit aus zwei Domänen aufgebaut ist. Das katalytische Zentrum der Epoxidhydrolaseaktivität befindet sich in der 35 kD großen C-terminalen Domäne. Dieser Bereich der sEH s wurde bereits im Detail untersucht und nahezu alle katalytischen Eigenschaften des Enzyms sowie deren dazugehörige Funktionen sind in Zusammenhang mit dieser Domäne bekannt. Im Gegensatz dazu ist über die 25 kD große N-terminale Domäne wenig bekannt. Die N-terminale Domäne der sEH wird zur Haloacid Dehalogenase (HAD) Superfamilie von Hydrolasen gezählt, jedoch war die Funktion dieses N-terminal Domäne lange ungeklärt. Wir haben in unserer Arbeitsgruppe zum ersten Mal zeigen können, dass die sEH in Säugern ein bifunktionelles Enzym ist, welches zusätzlich zur allgemein bekannten Enzymaktivität im C-terminalen Bereich eine weitere enzymatische Funktion mit Mg2+-abhängiger Phosphataseaktivität in der N-terminalen Domäne aufweist. Aufgrund der Homologie der N-terminalen Domäne mit anderen Enzymen der HAD Familie wird für die Ausübung der Phosphatasefunktion (Dephosphorylierung) eine Reaktion in zwei Schritten angenommen.rnUm den katalytischen Mechanismus der Dephosphorylierung weiter aufzuklären, wurden biochemische Analysen der humanen sEH Phosphatase durch Generierung von Mutationen im aktiven Zentrum mittels ortsspezifischer Mutagenese durchgeführt. Hiermit sollten die an der katalytischen Aktivität beteiligten Aminosäurereste im aktiven Zentrum identifiziert und deren Rolle bei der Dephosphorylierung spezifiziert werden. rnrnAuf Basis der strukturellen und möglichen funktionellen Ähnlichkeiten der sEH und anderen Mitgliedern der HAD Superfamilie wurden Aminosäuren (konservierte und teilweise konservierte Aminosäuren) im aktiven Zentrum der sEH Phosphatase-Domäne als Kandidaten ausgewählt.rnVon den Phosphatase-Domäne bildenden Aminosäuren wurden acht ausgewählt (Asp9 (D9), Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124), Lys160 (K160), Asp184 (D184), Asp185 (D185), Asn189 (N189)), die mittels ortsspezifischer Mutagenese durch nicht funktionelle Aminosäuren ausgetauscht werden sollten. Dazu wurde jede der ausgewählten Aminosäuren durch mindestens zwei alternative Aminosäuren ersetzt: entweder durch Alanin oder durch eine Aminosäure ähnlich der im Wildtyp-Enzym. Insgesamt wurden 18 verschiedene rekombinante Klone generiert, die für eine mutante sEH Phosphatase Domäne kodieren, in dem lediglich eine Aminosäure gegenüber dem Wildtyp-Enzym ersetzt wurde. Die 18 Mutanten sowie das Wildtyp (Sequenz der N-terminalen Domäne ohne Mutation) wurden in einem Expressionsvektor in E.coli kloniert und die Nukleotidsequenz durch Restriktionsverdau sowie Sequenzierung bestätigt. Die so generierte N-terminale Domäne der sEH (25kD Untereinheit) wurde dann mittels Metallaffinitätschromatographie erfolgreich aufgereinigt und auf Phosphataseaktivität gegenüber des allgemeinen Substrats 4-Nitophenylphosphat getestet. Diejenigen Mutanten, die Phosphataseaktivität zeigten, wurden anschließend kinetischen Tests unterzogen. Basiered auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurden kinetische Parameter mittels vier gut etablierter Methoden berechnet und die Ergebnisse mit der „direct linear blot“ Methode interpretiert. rnDie Ergebnisse zeigten, dass die meisten der 18 generierten Mutanten inaktiv waren oder einen Großteil der Enzymaktivität (Vmax) gegenüber dem Wildtyp verloren (WT: Vmax=77.34 nmol-1 mg-1 min). Dieser Verlust an Enzymaktivität ließ sich nicht durch einen Verlust an struktureller Integrität erklären, da der Wildtyp und die mutanten Proteine in der Chromatographie das gleiche Verhalten zeigten. Alle Aminosäureaustausche Asp9 (D9), Lys160 (K160), Asp184 (D184) und Asn189 (N189) führten zum kompletten Verlust der Phosphataseaktivität, was auf deren katalytische Funktion im N-terminalen Bereich der sEH hindeutet. Bei einem Teil der Aminosäureaustausche die für Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124) und Asn185 (D185) durchgeführt wurden, kam es, verglichen mit dem Wildtyp, zu einer starken Reduktion der Phosphataseaktivität, die aber dennoch für die einzelnen Proteinmutanten in unterschiedlichem Ausmaß zu messen war (2 -10% and 40% of the WT enzyme activity). Zudem zeigten die Mutanten dieser Gruppe veränderte kinetische Eigenschaften (Vmax allein oder Vmax und Km). Dabei war die kinetische Analyse des Mutanten Asp11  Asn aufgrund der nur bei dieser Mutanten detektierbaren starken Vmax Reduktion (8.1 nmol-1 mg-1 min) und einer signifikanten Reduktion der Km (Asp11: Km=0.54 mM, WT: Km=1.3 mM), von besonderem Interesse und impliziert eine Rolle von Asp11 (D11) im zweiten Schritt der Hydrolyse des katalytischen Zyklus.rnZusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass alle in dieser Arbeit untersuchten Aminosäuren für die Phosphataseaktivität der sEH nötig sind und das aktive Zentrum der sEH Phosphatase im N-terminalen Bereich des Enzyms bilden. Weiterhin tragen diese Ergebnisse zur Aufklärung der potenziellen Rolle der untersuchten Aminosäuren bei und unterstützen die Hypothese, dass die Dephosphorylierungsreaktion in zwei Schritten abläuft. Somit ist ein kombinierter Reaktionsmechanismus, ähnlich denen anderer Enzyme der HAD Familie, für die Ausübung der Dephosphorylierungsfunktion denkbar. Diese Annahme wird gestützt durch die 3D-Struktur der N-terminalen Domäne, den Ergebnissen dieser Arbeit sowie Resultaten weiterer biochemischer Analysen. Der zweistufige Mechanismus der Dephosphorylierung beinhaltet einen nukleophilen Angriff des Substratphosphors durch das Nukleophil Asp9 (D9) des aktiven Zentrums unter Bildung eines Acylphosphat-Enzym-Zwischenprodukts, gefolgt von der anschließenden Freisetzung des dephosphorylierten Substrats. Im zweiten Schritt erfolgt die Hydrolyse des Enzym-Phosphat-Zwischenprodukts unterstützt durch Asp11 (D11), und die Freisetzung der Phosphatgruppe findet statt. Die anderen untersuchten Aminosäuren sind an der Bindung von Mg 2+ und/oder Substrat beteiligt. rnMit Hilfe dieser Arbeit konnte der katalytischen Mechanismus der sEH Phosphatase weiter aufgeklärt werden und wichtige noch zu untersuchende Fragestellungen, wie die physiologische Rolle der sEH Phosphatase, deren endogene physiologische Substrate und der genaue Funktionsmechanismus als bifunktionelles Enzym (die Kommunikation der zwei katalytischen Einheiten des Enzyms) wurden aufgezeigt und diskutiert.rn