Assembling novel protein folds from super-secondary structural fragments

The results of applying a fragment-based protein tertiary structure prediction method to the prediction of 14 CASP5 target domains are described. The method is based on the assembly of supersecondary structural fragments taken from highly resolved protein structures using a simulated annealing algorithm. A number of good predictions for proteins with novel folds were produced, although not always as the first model. For two fold recognition targets, FRAGFOLD produced the most accurate model in both cases, despite the fact that the predictions were not based on a template structure. Although clear progress has been made in improving FRAGFOLD since CASP4, the ranking of final models still seems to be the main problem that needs to be addressed before the next CASP experiment

Benchmarking secondary structure prediction for fold recognition

If secondary structure predictions are to be incorporated into fold recognition methods, an assessment of the effect of specific types of errors in predicted secondary structures on the sensitivity of fold recognition should be carried out. Here, we present a systematic comparison of different secondary structure prediction methods by measuring frequencies of specific types of error. We carry out an evaluation of the effect of specific types of error on secondary structure element alignment (SSEA), a baseline fold recognition method. The results of this evaluation indicate that missing out whole helix or strand elements, or predicting the wrong type of element, is more detrimental than predicting the wrong lengths of elements or overpredicting helix or strand. We also suggest that SSEA scoring is an effective method for assessing accuracy of secondary structure prediction and perhaps may also provide a more appropriate assessment of the “usefulness” and quality of predicted secondary structure, if secondary structure alignments are to be used in fold recognition.

Aquaporin 2 expression increased by glucagon in normal rat inner medullary collecting ducts

Yano Y, Cesar KR, Araujo M, Rodrigues Jr. AC, Andrade LC, Magaldi AJ. Aquaporin 2 expression increased by glucagon in normal rat inner medullary collecting ducts. Am J Physiol Renal Physiol 296: F54-F59, 2009. First published October 1, 2008; doi: 10.1152/ajprenal.90367.2008.-It is well known that Glucagon (Gl) is released after a high protein diet and participates in water excretion by the kidney, principally after a protein meal. To study this effect in in vitro perfused inner medullary collecting ducts (IMCD), the osmotic water permeability (Pf; mu m/s) at 37 degrees C and pH 7.4 in normal rat IMCDs (n = 36) perfused with Ringer/HCO(3) was determined. Gl (10(-7) M) in absence of Vasopressin (AVP) enhanced the Pf from 4.38 +/- 1.40 to 11.16 +/- 1.44 mu m/s (P < 0.01). Adding 10(-8), 10(-7), and 10(-6) M Gl, the Pf responded in a dose-dependent manner. The protein kinase A inhibitor H8 blocked the Gl effect. The specific Gl inhibitor, des-His(1)-[Glu(9)] glucagon (10(-7) M), blocked the Gl-stimulated Pf but not the AVP-stimulated Pf. There occurred a partial additional effect between Gl and AVP. The cAMP level was enhanced from the control 1.24 +/- 0.39 to 59.70 +/- 15.18 fm/mg prot after Gl 10(-7) M in an IMCD cell suspension. The immunoblotting studies indicated an increase in AQP2 protein abundance of 27% (cont 100.0 +/- 3.9 vs. Gl 127.53; P = 0.0035) in membrane fractions extracted from IMCD tubule suspension, incubated with 10(-6) M Gl. Our data showed that 1) Gl increased water absorption in a dose-dependent manner; 2) the anti-Gl blocked the action of Gl but not the action of AVP; 3) Gl stimulated the cAMP generation; 4) Gl increased the AQP2 water channel protein expression, leading us to conclude that Gl controls water absorption by utilizing a Gl receptor, rather than a AVP receptor, increasing the AQP2 protein expression.

Systematic structural studies of iron superoxide dismutases from human parasites and a statistical coupling analysis of metal binding specificity

Superoxide dismutases (SODs) are a crucial class of enzymes in the combat against intracellular free radical damage. They eliminate superoxide radicals by converting them into hydrogen peroxide and oxygen. In spite of their very different life cycles and infection strategies, the human parasites Plasmodium falciparum, Trypanosoma cruzi and Trypanosoma brucei are known to be sensitive to oxidative stress. Thus the parasite Fe-SODs have become attractive targets for novel drug development. Here we report the crystal structures of FeSODs from the trypanosomes T. brucei at 2.0 angstrom and T. cruzi at 1.9 angstrom resolution, and that from P. falciparum at a higher resolution (2.0 angstrom) to that previously reported. The homodimeric enzymes are compared to the related human MnSOD with particular attention to structural aspects which are relevant for drug design. Although the structures possess a very similar overall fold, differences between the enzymes at the entrance to the channel which leads to the active site could be identified. These lead to a slightly broader and more positively charged cavity in the parasite enzymes. Furthermore, a statistical coupling analysis (SCA) for the whole Fe/MnSOD family reveals different patterns of residue coupling for Mn and Fe SODs, as well as for the dimeric and tetrameric states. In both cases, the statistically coupled residues lie adjacent to the conserved core surrounding the metal center and may be expected to be responsible for its fine tuning, leading to metal ion specificity.

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.

Flexibility and inhibitor binding in Cdc25 phosphatases

Cdc25 phosphatases involved in cell cycle checkpoints are now active targets for the development of anti-cancer therapies. Rational drug design would certainly benefit from detailed structural information for Cdc25s. However, only apo- or sulfate-bound crystal structures of the Cdc25 catalytic domain have been described so far. Together with previously available crystalographic data, results from molecular dynamics simulations, bioinformatic analysis, and computer-generated conformational ensembles shown here indicate that the last 30-40 residues in the C-terminus of Cdc25B are partially unfolded or disordered in solution. The effect of C-terminal flexibility upon binding of two potent small molecule inhibitors to Cdc25B is then analyzed by using three structural models with variable levels of flexibility, including an equilibrium distributed ensemble of Cdc25B backbone conformations. The three Cdc25B structural models are used in combination with flexible docking, clustering, and calculation of binding free energies by the linear interaction energy approximation to construct and validate Cdc25B-inhibitor complexes. Two binding sites are identified on top and beside the Cdc25B active site. The diversity of interaction modes found increases with receptor flexibility. Backbone flexibility allows the formation of transient cavities or compact hydrophobic units on the surface of the stable, folded protein core that are unexposed or unavailable for ligand binding in rigid and densely packed crystal structures. The present results may help to speculate on the mechanisms of small molecule complexation to partially unfolded or locally disordered proteins.

Structural studies of prephenate dehydratase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv by SAXS, ultracentrifugation, and computational analysis

Tuberculosis (TB) is one of the most common infectious diseases known to man and responsible for millions of human deaths in the world. The increasing incidence of TB in developing countries, the proliferation of multidrug resistant strains, and the absence of resources for treatment have highlighted the need of developing new drugs against TB. The shikimate pathway leads to the biosynthesis of chorismate, a precursor of aromatic amino acids. This pathway is absent from mammals and shown to be essential for the survival of Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of TB. Accordingly, enzymes of aromatic amino acid biosynthesis pathway represent promising targets for structure-based drug design. The first reaction in phenylalanine biosynthesis involves the conversion of chorismate to prephenate, catalyzed by chorismate mutase. The second reaction is catalyzed by prephenate dehydratase (PDT) and involves decarboxylation and dehydratation of prephenate to form phenylpyruvate, the precursor of phenylalanine. Here, we describe utilization of different techniques to infer the structure of M. tuberculosis PDT (MtbPDT) in solution. Small angle X-ray scattering and ultracentrifugation analysis showed that the protein oligomeric state is a tetramer and MtbPDT is a flat disk protein. Bioinformatics tools were used to infer the structure of MtbPDT A molecular model for MtbPDT is presented and molecular dynamics simulations indicate that MtbPDT i.s stable. Experimental and molecular modeling results were in agreement and provide evidence for a tetrameric state of MtbPDT in solution.

Estudo clínico e bioquímico de 28 pacientes com mucopolissacaridose tipo VI

Realizamos um estudo observacional de pacientes com mucopolissacaridose tipo VI, com o objetivo de determinar o perfil epidemiológico, clínico e bioquímico de um grupo de pacientes sul-americanos a fim de contribuir em estudos futuros de correlação genótipo-fenótipo e de avaliação de protocolos clínicos. Os critérios de inclusão foram: ter 4 anos ou mais e confirmação bioquímica da doença (níveis reduzidos da atividade da ARSB, aumento de GAGs urinários e atividade normal de outra sulfatase). Os critérios de exclusão foram: terapia com reposição enzimática atual ou prévia ou ter realizado transplante de medula óssea. Foram avaliados 28 pacientes por anamnese, exame físico, acocardiograma, eletrocardiograma, avaliação oftalmológica, medidas de glicosaminoglicanos urinários e da atividade da N-acetilgalactosamina-4-sulfatase em leucócitos. A amostra estudada tinha 92,9% de brasileiros, sendo 53,8% da região sudeste. No momento da avaliação, a média de idade foi de 97,1 meses e a média de idade ao diagnóstico foram de 48,4 meses. Em 88% da amostra os sintomas iniciaram com menos de 36 meses e em 27% das famílias houve relato de consangüinidade entre os pais. A média de peso e estatura ao nascimento foi de 3481 gramas e 51,3 centímetros, respectivamente. Da amostra, 57,1% nasceram de parto vaginal. Todos apresentavam alguma alteração ecocardiográfica, bem como opacificação corneana. As manifestações clínicas mais freqüentes foram: baixa estatura, opacificação corneana, facies grosseira, contraturas articulares e mãos em garra. A média da atividade enzimática em leucócitos foi de 5,4 nmoles/h x mg proteína e a excreção urinária de glicosaminoglicanos foi, em média, 7,9 vezes superior ao normal. O número de manifestações clínicas citadas não apresentou correlação significativa com a idade, com a excreção urinária de GAGs ou com a atividade enzimática em leucócitos. Também não houve correlação significativa entre a excreção urinária de GAGS e a atividade enzimática. Concluímos que a MPS VI é uma patologia com alta morbidade e que, comparados com a literatura, os pacientes da nossa amostra têm um diagnóstico tardio e maior freqüência de alterações cardiológicas.

Sensores em fibra óptica para monitorização ambiental

Fruto da crescente preocupação face à bioacumulação e bioconcentração de poluentes e conscientização dos efeitos do aquecimento global, nos últimos anos têm sido adoptadas inúmeras acções e medidas que visam o controlo de parâmetros indicadores da qualidade do meio, a detecção de substâncias potencialmente perigosas e a promoção/utilização de energias alternativas não poluentes. Neste âmbito, a monitorização em tempo real revela-se fundamental para a análise contínua do equilíbrio dos ecossistemas. Neste contexto, os sensores de fibra óptica, mais concretamente os sensores químicos em fibra óptica possuem um conjunto de características, como por exemplo a miniaturização, baixo custo, versatilidade, biocompatibilidade, capacidade de monitorização remota, que representam uma alternativa tecnológica e economicamente viável. Por outro lado, a utilização de redes de difracção em sensores de fibra óptica, é em adição uma mais-valia para este tipo de sistemas, as redes de período longo pela sua sensibilidade intrínseca ao índice de refracção, e as redes de Bragg pela sua facilidade de interrogação e facilidade de multiplexagem. A presente dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de sensores em fibra óptica para monitorização de espaços ambientais. O presente documento encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica para monitorização ambiental dando relevo aos sensores químicos em fibra óptica. No capítulo 2 expõe-se o conjunto de conceitos necessários para a compreensão do trabalho. A começar pelas redes de difracção em fibra óptica e a suas potencialidades como elementos sensores. Algumas configurações foram detalhadas assim como alguns princípios para interrogação das mesmas. A medição multi-parâmetro e o fabrico de membranas de sensibilidade selectiva são também abordados. O Capitulo 3 refere a primeira configuração desenvolvida, trata-se de um sensor interferométrico baseado numa cavidade Fabry-Pérot, constituído por uma rede de Bragg e a reflectividade da ponta da fibra. O objectivo do sensor é a monitorização do ácido acético e outras espécies carboxílicas em bioreactores. Para tornar a configuração sensível ao ácido foi aplicado um revestimento de Silane-PVP à extremidade da fibra. A configuração sensora demonstrada aufere de características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, não utilização de indicadores, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capítulo 4 apresenta a segunda configuração desenvolvida que tem por objectivo a medição simultânea de salinidade e temperatura. A medição de salinidade é baseada no índice de refracção. Trata-se de um sensor de intensidade auto-referenciado, baseado em três redes de difracção. Uma rede de período longo sensível ao índice de refracção e temperatura e duas redes de Bragg, para interrogação da da rede de período longo e compensação de temperatura. Para discriminação dos parâmetros de interesse foi utilizado o método matricial. A configuração exposta exibe características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, discriminação de índice de refracção e temperatura, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capitulo 5 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da tese seguem-se os anexos, onde se encontram as publicações e comunicações resultantes do trabalho realizado.

Metamaterial inspired improved antennas and circuits

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Parâmetros físico-químicos de estrelas nos campos de exoplanetas do satélite corot

A rotação estelar é um dos mais importantes observáveis da evolução estelar. Neste sentido, o satélite CoRoT representa uma oportunidade única de medir os períodos rotacionais para uma amostra de estrelas estatisticamente robusta, oferecendo dados absolutamente necessários para o estudo da rotação e seu papel na evolução estelar. Para conseguir isto, um passo fundamental é a caracterização física e química das estrelas observadas pelo CoRoT, especificamente devido ao fato de que o cálculo de períodos rotacionais confiáveis é um trabalho difícil sem a ajuda dos parâmetros estelares. Desta forma, foi elaborado um importante seguimento observacional das estrelas nos campos do CoRoT do anticentro LRa01 e do centro LRc01, permitindo a correta identificação dos períodos que reflitam a modulação rotacional. Nesta tese de doutorado são apresentados os resultados de tal seguimento. Parâmetros físicos e químicos, tais como temperatura efetiva Teff , gravidade superficial log(g), velocidade de microturbulência Vmic, abundância de ferro [Fe/H], velocidade de rotação projetada Vsin(i), e abundância de lítio A(Li) são apresentados para uma amostra de 116 estrelas dos campos CoRoT. Elas se encontram em diferentes estágios evolutivos, desde a sequência principal (SP) até o ramo das gigantes vermelhas (GV). As observações foram feitas utilizando os espectrógrafos UVES (VLT) e HYDRA (CTIO). Para a derivação de tais parâmetros foram utilizados o programa TurboSpectrum e os modelos de atmosfera de MARCS. Paralelamente, velocidades rotacionais Vsin(i) foram obtidas a partir do ajuste dos perfis observados e sintéticos das linhas de ferro e por meio de uma calibração de função de correlação cruzada (CCF). Períodos rotacionais Prot para 77 estrelas da amostra foram obtidos a partir das curvas de luz do satélite CoRoT. Extensas tabelas destes parâmetros e seus respectivos erros são apresentadas. Foram encontradas diferenças nas distribuições de Teff , [Fe/H] e estágios evolutivos entre os diferentes campos do CoRoT, indicando possíveis efeitos de seleção na amostra, assim como a existência de diferentes populações estelares do disco Galáctico. Por outro lado, o comportamento rotacional e as abundâncias de lítio não apresentam diferenças entre estrelas de parâmetros físicos similares, mas que pertencem a diferentes campos do CoRoT. A partir da análise de temperaturas, foi encontrada uma maior extinção por avermelhamento para estrelas do CoRoT localizadas no campo LRc01, assim como um gradiente deste valor em função da distância. Os resultados mostram que as abundâncias de lítio, as velocidades de rotação e os períodos rotacionais apresentam o mesmo comportamento descrito na literatura. Por outro lado, é apresentada pela primeira vez a relação que existe entre o lítio e o período de rotação em diferentes estágios evolutivos, mostrando, tal como era esperado, que ambas as grandezas possuem uma anticorrelação. Também é apresentada a evolução simultânea da rotação e do lítio, e foram calculadas relações que permitem obter valores médios de A(Li) como função da temperatura efetiva e do período rotacional. Os dados apresentados nesta tese de doutorado representam um importante ponto de partida para serem utilizados como uma amostra de calibração para diferentes programas no contexto da missão do satélite CoRoT, uma vez que a lista de estrelas aqui analisadas são parte das mais brilhantes que compõem o campo Exo do CoRoT

Desempenho de cordeiros sob quatro sistemas de produção

Quarenta cordeiros mestiços Texel oriundos de partos simples foram distribuídos em quatro tratamentos, para se comparar o desempenho dos animais terminados a pasto, com e sem suplementação, e em confinamento. No primeiro tratamento (Min), os animais receberam somente suplementação mineral e permaneceram com as mães até os 105 dias de idade em piquete de Panicum maximum cv. Colonião, previamente preparado e com acesso a sal mineral. O segundo tratamento (Prot) foi igual ao primeiro, diferindo apenas na suplementação, que foi com sal proteinado. No terceiro (Creep) e quarto (Conf) tratamentos, os animais receberam sal proteinado e os cordeiros tiveram acesso ao creep feeding, aos sessenta dias, os cordeiros do quarto tratamento foram desmamados e terminados em confinamento até completarem os 105 dias de idade. A comparação entre os tratamentos foi feita por contrastes de totais e pelo teste F. Os machos apresentaram peso superior às fêmeas, a partir dos 21 dias de idade. Os cordeiros que tiveram acesso ao creep-feeding e os terminados em confinamento tiveram desempenhos superiores aos suplementados com sal mineral e sal proteinado. Os machos dos tratamentos Conf, Creep, Prot e Min pesaram, aos 105 dias de idade, 36,98; 34,16; 32,14 e 30,24 kg, respectivamente. Os animais suplementados no creep feeding e os confinados atingiram o peso de abate (28 a 32 kg) aos 84 dias. Os animais que receberam suplementação mineral não diferiram daqueles que receberam suplementação com sal proteinado. Conclui-se que a produção de cordeiros precoces em sistemas de pastejo não foi comprometida nas condições deste experimento.

Structural, functional, and bioinformatics studies reveal a new snake venom homologue phospholipase A(2) class

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