Studies on nucleotidases in plants : Reversible denaturation of the crystalline mung bean nucleotide pyrophosphatase and the effect of adenylates on the native and renatured enzyme

The crystalline mung bean nucleotide pyrophosphatase was inhibited nonlinearly by AMP, one of the products of the reaction. The partially inactive enzyme was specifically reactivated by ADP, and V at maximal activation was the same as that of the native enzyme. ATP was a linear, noncompetitive inhibitor. The kinetic evidence suggested that ADP and ATP might not be reacting at the same site as AMP. The electrophoretic mobility of the enzyme was increased by AMP, whereas ADP and ATP were without effect. The enzyme was denatured on treatment with urea or guanidine hydrochloride. The renatured and the native enzyme had the same pH (9.4) and temperature (49 °C) optimum. The Km (0.2 mImage ) and V (3.2) of the native enzyme increased on renaturation to 1.8 mImage and 8.0, respectively. In addition, renaturation resulted in desensitization of the enzyme to inhibition by low concentrations of AMP. Renaturation did not affect the reactivation of the apoenzyme by Zn2+.

Studies on nucleotidases in plants - Reversible denaturation of the crystalline mung bean nucleotide pyrophosphatase and the effect of adenylates on the native and renatured enzyme

The crystalline mung bean nucleotide pyrophosphatase was inhibited nonlinearly by AMP, one of the products of the reaction. The partially inactive enzyme was specifically reactivated by ADP, and V at maximal activation was the same as that of the native enzyme. ATP was a linear, noncompetitive inhibitor. The kinetic evidence suggested that ADP and ATP might not be reacting at the same site as AMP. The electrophoretic mobility of the enzyme was increased by AMP, whereas ADP and ATP were without effect. The enzyme was denatured on treatment with urea or guanidine hydrochloride. The renatured and the native enzyme had the same pH (9.4) and temperature (49 °C) optimum. The Km (0.2 m ) and V (3.2) of the native enzyme increased on renaturation to 1.8 m and 8.0, respectively. In addition, renaturation resulted in desensitization of the enzyme to inhibition by low concentrations of AMP. Renaturation did not affect the reactivation of the apoenzyme by Zn2+.

Studies on nucleotidases in plants Dimerization of the crystalline mung bean nucleotide pyrophosphatase by 5-adenosine monophosphate and the properties of the dimerized enzyme

The addition of AMP to the crystalline and homogeneous mung bean nucleotide pyrophosphatase [EC 3.6.1.9]altered its electrophoretic mobility. AMP was tightly bound to the enzyme and was not removed on passage through a column of Sephadex G-25 or on electrophoresis. The molecular weight of the native and AMP-modified enzymes were 65,000 and 136,000, respectively. The properties of the native enzyme such as the pH (9.4) and temperature (49 °C) optima, inhibition by EDTA, reversal of EDTA-inhibition by Zn2+ and Co2+, were not altered on dimerization by AMP. The AMP-modified enzyme had a linear time-course of reaction, unlike the native enzyme which exhibited a biphasic time-course of reaction. The AMP-modified enzyme was irreversibly denatured by urea. AMP concentrations larger than 100 μM inhibited linearly the activity of the AMP-modified enzyme. ADP and ATP inhibited the activity in a sigmoidal manner. Km and V of the native and AMP-modified enzymes were, 0.25 mImage and 0.58 mImage ; and 3.3 and 2.5, respectively.

Nucleotidases in plants *1, , *2: III. Effect of metabolites on the enzyme hydrolyzing flavine adenine dinucleotide (FAD) from Phaseolus radiatus

The highly purified enzyme from mung bean seedlings hydrolyzing FAD at pH 9.4 and temperature 49 °, functioned with an initial fast rate followed by a second slower rate. The activity was linear with enzyme concentration over a small range of concentration and was dependent on the time of incubation. Inhibition of enzyme activity with increasing concentrations of AMP was sigmoid;concentrations less than 1 × 10−6 M were without effect, concentrations between 1 × 10−6 and 8 × 10−5 M inhibited by 20% and concentrations beyond 8 × 10−5 Image caused progressive inhibition. Concentrations beyond 1 × 10−3 Image inhibited the activity completely. Preincubation of the enzyme with PCMB or NEM, or aging, or reversible denaturation with urea abolished the inhibitory effect of AMP at concentrations lower than 8 × 10−6 Image . The aged enzyme could be reactivated by ADP.

Nucleotidases in plants : I. Partial purification and properties of the enzyme hydrolyzing flavine adenine dinucleotide from mung bean seedlings (Phaseolus radiatus)

The occurrence of an enzyme hydrolyzing flavine adenine dinucleotide (FAD) was demonstrated in a number of seed extracts. The enzyme from Phaseolus radiatus was purified 104-fold by fractionation with ammonium sulfate and ethanol and by negative adsorption on alumina Cγ gel. The enzyme cleaves the POP bond of FAD to yield flavine mononucleotide and adenosine monophosphate. When reduced glutathione is added to the enzyme, it cleaves FAD at the COP bond to yield riboflavine, adenosine, and pyrophosphate, Both the activities are optimal at a pH of 7.2 and at a temperature of 37 . The Km for both the activities is 1.65 × 10−5 M. The stoichiometry and the identity of the products of both the treated and untreated enzyme were established. The untreated enzyme was not inhibited by pCMB or arsenite, but the treated enzyme was sensitive to both these inhibitors. The inhibition by pCMB could be reversed by monothiols and the inhibition by arsenite by dithiols.

Studies on nucleotidases in plants: Fluorescence and kinetic properties of nucleotide pyrophosphatase from mung bean (Phaseolus aureus) seedlings

Nucleotide pyrophosphatase of mung bean seedlings has earlier been isolated in our laboratory in a dimeric form (Mr 65,000) and has been shown to be converted to a tetramer by AMP and to a monomer by p-hydroxymercuribenzoate. All the molecular forms were enzymatically active with different kinetic properties. By a modified procedure using blue-Sepharose affinity chromatography, we have now obtained a dimeric form of the enzyme which is desensitized to AMP interaction. The molecular weight of the desensitized form of the enzyme was found to be the same as that of the native dimeric enzyme. However, the desensitized enzyme functioned with a linear time course, contrary to the biphasic time course exhibited by the native enzyme. In addition, it was not converted to a tetramer on the addition of AMP, had only one binding site for adenine nucleotides, and p-hydroxy-mercuribenzoate had no effect on the time course of the reaction or on the molecular weight of the enzyme. The temperature optimum of the desensitized enzyme was found to be 67 °C in contrast to the optimum of 49 °C for the native dimer. Fifty percent of the tryptophan residues of the desensitized enzyme were not accessible for quenching by iodide. Fluorescence studies gave Kd values of 0.34, 2.2, and 0.8 mImage for AMP, ADP, and ATP, which were close to the Ki values of 0.12, 2.2, and 0.9 mImage , respectively, for these nucleotides. The binding and inhibition studies with AMP and its analogs showed that the 6-amino group and the 5′-phosphate group were essential for the inhibition of the enzyme activity.

Identificação das características cinéticas, expressão e localização das ecto-nucleotidases em cultura de astrócitos e linhagens de gliomas

Nucleotídeos extracelulares são envolvidos em diversos processos patofisiológicos no sistema nervoso central. Astrócitos são a maior fonte de nucleotídeos extracelulares da adenina no cérebro e também importantes alvos para as ações desses nucleotídeos via receptores purinérgicos P2. As ações induzidas pela sinalização purinérgica são reguladas pelas ecto-nucleotidases, que incluem membros da família das ecto-nucleosídeo trifosfato difosfoidrolase (E-NTPDase), ecto-5’-nucleotidase (ecto- 5’N) e ecto-adenosina deaminase (ADA). Culturas de astrócitos preparadas de hipocampo, córtex e cerebelo de ratos foram capazes de rapidamente converter ATP extracelular a ADP, que foi então hidrolizado a AMP. Os nucleosídeos tri-fosfatados foram hidrolisados preferencialmente aos difosfatados em todas as estruturas cerebrais. A análise cinética sugere que varias ecto-nucleotidases estão envolvidas nessa cascata enzimática. Análises preliminares de mRNA por PCR indicaram que astrócitos expressam múltiplos membros da família das NTPDases (NTPDase1 a NTPDase3 e NTPDase5/6). Por RT-PCR quantitativo (Real-time PCR), nós identificamos a NTPDase2 (CD39L1) como a NTPDase predominante expressa por astrócitos de hipocampo, córtex e cerebelo de ratos. Astrócitos do cerebelo apresentaram um padrão diferente para a hidrólise do AMP, com uma atividade específica 7 vezes maior, quando comparada com astrócitos de hipocampo e córtex. Uma maior expressão da ecto-5’N por RT-PCR foi identificada nessa estrutura. Não houve acúmulo de adenosina extracelular em todas as estruturas estudadas, indicando a presença de uma alta atividade ecto-adenosina deaminase em astrócitos. Dipiridamol aumentou significativamente os níveis de inosina no meio extracelular de astrócitos de hipocampo e córtex, mas não em astrócitos de cerebelo. Essas diferenças observadas podem indicar heterogeneidade funcional dos nucleotídeos no cérebro. Com o objetivo de investigar as enzimas envolvidas no catabolismo dos nucleotídeos como indicadoras da invasividade e agressividade dos gliomas malignos, nós avaliamos a degradação dos nucleotídeos extracelulares em cinco linhagens de gliomas diferentes e comparamos com astrócitos. Todas as linhagens de gliomas examinadas apresentaram baixas razões de hidrólise quando comparadas com astrócitos. Resultados preliminares sugerem que a falta de expressão da NTPDase1 e 2 possam ser responsáveis pela baixa hidrólise de ATP nas linhagens de gliomas. Considerando que o ATP é reconhecido como um fator mitogênico que induz a proliferação em células de gliomas, a substancial diminuição na hidrólise de ATP e ADP observadas em gliomas, sugere que alterações na via das ecto-nucleotidases pode representar um importante mecanismo associado com a transformação maligna desse tipo de tumor.

Estudo dos efeitos do ATP extracelular e das ecto-nucleotidases no crescimento de gliomas

Glioblastomas são a forma mais comum de tumores cerebrais primários e, apesar do tratamento, os pacientes com estes tumores têm um prognóstico muito ruim. Os nucleotídeos da adenina (ATP, ADP e AMP) e também a adenosina possuem muitas funções importantes em condições fisiológicas e patológicas em vários organismos. O ATP é uma importante molécula sinalizadora no SNC, e os nucleotídeos e nucleosídeos podem induzir a proliferação de linhagens celulares de gliomas. Na invasão dos gliomas dois mecanismos podem liberar ATP: a morte excitotóxica do tecido adjacente e a lesão causada pela ressecção do tumor, que é o tratamento de primeira linha nestes casos. Neste estudo foram observados os efeitos do ATP extracelular na citotoxicidade em linhagens celulares de glioma humano U138 e na linhagem C6 de ratos, comparado com culturas organotícias de hipocampo. A citotoxicidade do ATP (0.1mM, 0.5mM, 5mM) foi medida usando os ensaios de incorporação de iodeto de propídeo e ensaio da lactato desidrogenase. O ensaio de caspases foi realizado para identificar à morte apoptótica. Os resultados mostraram que as células de gliomas apresentam resistência a morte induzida pelo ATP quando comparados com o tecido normal. Altas concentrações de ATP (5mM) induziram à morte celular após 24 h de tratamento em culturas organotípicas, mas não nas linhagens de gliomas estudados. Os nucleotídeos são hidrolisados muito lentamente pelas linhagens de gliomas, o que foi confirmado pela baixa expressão das enzimas NTPDases quando comparado com astrócitos. Portanto, para testar o papel do ATP extracelular no mecanismo de implante e crescimento dos gliomas, um milhão destas células de gliomas foram injetadas em 3µl de DMEM no estriado direito de ratos Wistar, e foi testada a co-injeção da enzima apirase no tratamento dos gliomas implantados. Após 20 dias, os ratos foram mortos e o cérebro foi seccionado e corado com hematoxilina e eosina. Nossos resultados mostraram que os ratos que sofreram co-injeção de apirase tiveram uma redução significativa no tamanho do tumor e menor índice mitótico (p<0,05), bem como menor imunodetecção para Ki67, VEGF e CD31 quando comparado com os grupos controle e controle apirase. A medida da hidrólise enzimática dos nucleotídeos no soro pode contribuir no diagnóstico de lesão celular em muitas condições patológicas. Com o objetivo de avaliar a atividade enzimática da ATPase, ADPase e AMPase in vivo, amostras de soro foram coletadas vinte dias após o implante dos gliomas em ratos. Os ratos com indução de gliomas mostraram um aumento significativo na hidrólise de ATP, ADP e AMP quando comparado com os respectivos controles. O tratamento com o fármaco temozolomida e com 10% dimetil sulfoxida diminuiu a hidrólise dos nucleotídeos. Nenhum dos animais incluídos neste trabalho apresentaram alterações significativas na atividade das enzimas alanina aminotransferase, aspartato aminotransferase e fosfatase alcalina. Nossos dados indicam que o ATP pode ter uma função importante no crescimento do glioma, pois quando liberado pode induzir a morte celular do tecido normal ao redor do tumor, abrindo espaço para o rápido crescimento e invasão do tumor. As avaliações da hidrólise dos nucleotídeos da adenina no soro podem ajudar no acompanhamento da progressão dos tumores cerebrais.

Efeito dos antiinflamatórios não-esteróides sobre a proliferação celular e atividade das ecto-nucleotidases em linhagens de gliomas

Gliomas são os mais comuns e devastadores tumores primários do sistema nervoso central. Nucleotídeos extracelulares estão envolvidos em diversos processos patofisiológicos no sistema nervoso central. Os níveis dos nucleotídeos da adenina podem ser controlados por hidrólise através da ação de vários membros da família das ectonucleotidases. O AMP formado pelas NTPDases é hidrolizado até adenosina por ação da ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’-NT). A enzima ciclooxigenase (COX) está surgindo como um novo alvo na prevenção e no tratamento do câncer, sendo que substanciais evidências epidemiológicas, experimentais e clínicas sugerem que os antiinflamatórios não-esteróides (AINEs) possuem propriedades anticâncer. Vários estudos têm demonstrado que certos AINEs causam efeitos antiproliferativos independentes da atividade da COX. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito dos AINEs em linhagens celulares de gliomas e os possíveis mecanismos envolvidos neste efeito e avaliar a influência da indometacina na cascata de enzimas que catalisam a interconversão dos nucleotídeos. Indometacina, acetaminofeno, sulfeto de sulindaco e NS-398 induziram uma inibição da proliferação celular de modo tempo e dose dependente. Indometacina causou uma redução significativa na viabilidade celular. Nenhum dos AINEs testados induziu ativação de caspase 3/7. O tratamento com indometacina diminuiu a percentagem de células na fase S, com um aumento relativo nas fases G0/G1 e/ou G2/M, indicando uma parada na progressão do ciclo celular. A exposição de células de glioma à indometacina causou um aumento nas hidrólises de AMP e ATP. Um aumento significativo nos níveis de mRNA da ecto-5’-NT/CD73 foi observado após tratamento com indometacina Estes resultados suportam a hipótese que o aumento na atividade da ecto-5’-NT está relacionado com a superexpressão do mRNA com possíveis alterações no catabolismo das purinas extracelulares. Os dados sugerem ainda que o receptor A3 e a enzima ecto-5’-NT estão envolvidos no efeito antiproliferativo da indometacina nas linhagens celulares de gliomas. Considerando que a via das ectonucleotidases pode representar um importante mecanismo associado com a transformação maligna dos gliomas, os AINEs podem ser clinicamente importantes na intervenção farmacológica deste tipo de tumor.

Metallophosphoesterases: structural fidelity with functional promiscuity

Calcineurin-like metallophosphoesterases (MPEs) form a large superfamily of binuclear metal-ion-centre-containing enzymes that hydrolyse phosphomono-, phosphodi-or phosphotri-esters in a metal-dependent manner. The MPE domain is found in Mre11/SbcD DNA-repair enzymes, mammalian phosphoprotein phosphatases, acid sphingomyelinases, purple acid phosphatases, nucleotidases and bacterial cyclic nucleotide phosphodiesterases. Despite this functional diversity, MPEs show a remarkably similar structural fold and active-site architecture. In the present review, we summarize the available structural, biochemical and functional information on these proteins. We also describe how diversification and specialization of the core MPE fold in various MPEs is achieved by amino acid substitution in their active sites, metal ions and regulatory effects of accessory domains. Finally, we discuss emerging roles of these proteins as non-catalytic protein-interaction scaffolds. Thus we view the MPE superfamily as a set of proteins with a highly conserved structural core that allows embellishment to result in dramatic and niche-specific diversification of function.

Generation, Release, and Uptake of the NAD Precursor Nicotinic Acid Riboside by Human Cells

NAD is essential for cellular metabolism and has a key role in various signaling pathways in human cells. To ensure proper control of vital reactions, NAD must be permanently resynthesized. Nicotinamide and nicotinic acid as well as nicotinamide riboside (NR) and nicotinic acid riboside (NAR) are the major precursors for NAD biosynthesis in humans. In this study, we explored whether the ribosides NR and NAR can be generated in human cells. We demonstrate that purified, recombinant human cytosolic 5'-nucleotidases (5'-NTs) CN-II and CN-III, but not CN-IA, can dephosphorylate the mononucleotides nicotinamide mononucleotide and nicotinic acid mononucleotide (NAMN) and thus catalyze NR and NAR formation in vitro. Similar to their counterpart from yeast, Sdt1, the human 5'-NTs require high (millimolar) concentrations of nicotinamide mononucleotide or NAMN for efficient catalysis. Overexpression of FLAG-tagged CN-II and CN-III in HEK293 and HepG2 cells resulted in the formation and release of NAR. However, NAR accumulation in the culture medium of these cells was only detectable under conditions that led to increased NAMN production from nicotinic acid. The amount of NAR released from cells engineered for increased NAMN production was sufficient to maintain viability of surrounding cells unable to use any other NAD precursor. Moreover, we found that untransfected HeLa cells produce and release sufficient amounts of NAR and NR under normal culture conditions. Collectively, our results indicate that cytosolic 5'-NTs participate in the conversion of NAD precursors and establish NR and NAR as integral constituents of human NAD metabolism. In addition, they point to the possibility that different cell types might facilitate each other's NAD supply by providing alternative precursors.

Thyroid hormones alter the adenine nucleotide hydrolysis in adult rat blood serum

The effects of ATP, ADP, and adenosine in the processes of platelet aggregation, vasodilatation, and coronary flow have been known for many years. The sequential hydrolysis of ATP to adenosine by soluble nucleotidases constitutes the main system for rapid inactivation of circulating adenine nucleotides. Thyroid disorders affect a number of biological factors including adenosine levels in different fractions. Then, we intend to investigate if the soluble nucleotidases responsible for the ATP, ADP, and AMP hydrolysis are affected by variations in the thyroid hormone levels in blood serum from adult rats. Hyperthyroidism was induced by daily intraperitoneal injections of L-thyroxine (T4) (2.5 and 10.0 mu g/100 g body weight, respectively) for 7 or 14 days. Hypothyroidism was induced by thyroidectomy and methimazole (0.05%) added to their drinking water during 7 or 14 days. The treatments efficacy was confirmed by determination of hemodynamic parameters and cardiac hypertrophy evaluation. T4 treatment predominantly inhibited, and hypothyroidism (14 days after thyroidectomy) predominantly increased the ATP, ADP, and AMP hydrolysis in rat blood serum. These results suggest that both excess and deficiency of thyroid hormones can modulate the ATP diphosphohydrolase and 5`-nucleotidase activities in rat blood serum and consequently modulate the effects mediated by these enzymes and their products in vascular system. (C) 2010 International Union of Biochemistry and Molecular Biology, Inc.

Marcadores periféricos de dano ao sistema nervoso central : a proteína S100B e atividades ecto-nucleotidásicas

A S100B é uma proteína ligante de cálcio, de massa molecular de 21kDa, expressa principalmente por astrócitos. Esta proteína tem sido implicada em atividades funcionais tanto intra quanto extracelulares. Muitos estudos têm sugerido que intracelularmente ela está envolvida na modulação de proteínas do citoesqueleto e na regulação do ciclo celular. A proteína S100B pode ser secretada pelos astrócitos e desenvolver atividades extracelulares, que parecem depender de sua concentração. Em concentração nanomolar ela atua como fator trófico às células neurais, enquanto que em concentrações micromolar ela pode ser neurotóxica. A quantificação da proteína S100B no sangue e líquor se correlaciona com a extensão e intensidade do dano ao sistema nervoso central (SNC) o que permite sua utilização em estudos como marcador bioquímico de dano ou disfunção cerebral. Esta tese está dividida em três partes. A primeira parte propõe a utilização clínica da proteína S100B em patologias com envolvimento do SNC como a síndrome de Down, mielopatia associada ao vírus HTLV-I, lupus eritematoso sistêmico, epilepsia secundária a neurocisticercose e, além disso demonstramos a curva de ontogenia da S100B no sangue. Na segunda parte descrevemos uma atividade de nucleotidases presente em líquor de ratos, e finalmente, na terceira parte abordamos as perspectivas para futuros trabalhos. Os resultados obtidos pelo nosso grupo e por outros grupos internacionais relatam que a proteína S100B é um marcador inespecífico para evidenciar dano ou disfunção em doenças agudas e crônicas com envolvimento do SNC. Apesar de ser um marcador inespecífico, medidas dos níveis da proteína S100B tem grande sensibilidade para detectar uma resposta celular cerebral inespecífica. Além disso, demonstramos que estudos clínicos com esta proteína necessitam controles pareados por idade e sexo. A atividade nucleotidásica descrita no líquor de ratos hidrolisa preferencialmente o GDP e UDP comparado aos outros nucleotídeos. Nas perspectivas, os resultados mostrados são referentes a experimentos preliminares o que torna prematuro qualquer tipo de conclusão.

Efeitos de crises crônicas e agudas induzidas por pentilenotetrazol sobre a hidrólise de nucleotídeos púricos em soro de ratos adultos

A adenosina tem sido descrita como tendo importante efeito neuromodulatório em SNC, inibindo a liberação de neurotransmissores excitatórios através da ativação dos receptores A1. Agonistas de receptores A1, bem como adenosina e seus análogos, tem sido descritos como supressores de crises epilépticas. Uma das vias de produção de adenosina é a hidrólise extra-celular completa do ATP envolvendo as enzimas ATP difosfoidrolase (CD39) e 5’-nucleotidase (CD73). Embora esta associação enzimática já esteja bem descrita, o envolvimento da enzima fosfodiesterase não pode ser descartado, uma vez que esta hidrolisa nucleotídeos como ATP e ADP, além de outros substratos. Recentemente, foi demonstrado em nosso laboratório um aumento das atividades ATP difosfoidrolase e 5’-nucleotidase em sinaptossomas de ratos após a indução de 2 diferentes modelos de epilepsia de lobo temporal. Neste trabalho, nós investigamos o efeito de crises agudas e crônicas induzidas pelo agente pró-convulsivante pentilenotetrazol (PTZ) sobre a hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP em soro de ratos, uma vez que formas solúveis de nucleotidases já estão descritas. No modelo agudo os animais receberam apenas 1 injeção de PTZ ou salina, sendo mortos por decapitação em diferentes tempos após a injeção da droga. A hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP apresentaram aumento significativo de 40 –50% nos ratos tratados em relação aos ratos controle até 24 após a última injeção. Em 48 horas, este efeito foi abolido. Já, a hidrólise do substrato artificial p-Nph-5’-TMP usado como marcador para a fosfodiesterase, não apresentou nenhum aumento significativo em ratos tratados quando comparado aos animais controle. No modelo crônico (kindling), os animais recebiam doses inicialmente subconvulsivantes que resultam em crises progressivamente mais intensas ao longo das subseqüentes estimulações. Para descartar o efeito da injeção aguda, os ratos foram mortos 48 horas após a última estimulação. Com exceção do substrato artificial para a fosfodiesterase, a hidrólise dos nucleotídeos testados aumentou de maneira significativa (cerca de 40% - 45%) em soro de ratos submetidos ao modelo de kindling. Estes resultados demonstram o envolvimento de nucleotidases solúveis no controle dos níveis do neurotransmissor ATP e do neuromodulador adenosina, sendo estas respostas presentes tanto em situações patológicas agudas, como em situações patológicas crônicas que envolvem o fenômeno de plasticidade sináptica.

Pseudechis australis Venomics: Adaptation for a Defense against Microbial Pathogens and Recruitment of Body Transferrin

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