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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Luis Marcelo Fernandes Holthauzen
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2003
Orientador
Banca examinadora
Farah, Chuck Shaker (Presidente)
Baptista, Mauricio da Silva
Foguel, Debora
Ho, Paulo Lee
Larson, Roy Edward
Título em português
Estudos da estabilidade conformacional da tropomiosina e de suas interações com as outras proteínas do filamento fino
Palavras-chave em português
Biofísica
Miosina (Estudo)
Proteínas musculares (Estudo)
Resumo em português
Uma série de mutantes recombinantes da tropomiosina com a sonda fluorescente 5-hidroxitriptofano inserida em várias posições ao longo da seqüência primária vêm sendo utilizados em nosso laboratório para o estudo em nível molecular do controle do processo de contração muscular. Estes mutantes têm sido produzidos em cepas de bactéria auxotróficas para triptofano em meio mínimo ao qual adicionamos 5-hidroxitriptofano, um análogo do aminoácido triptofano. Esta sonda fluorescente apresenta a vantagem de absorver energia numa faixa de comprimentos de onda não absorvida pelo triptofano (temos usado com sucesso o comprimento de onda de 312 nm para excitar seletivamente o 5-hidroxitriptofano). Desta forma, o ambiente da sonda pode ser estudado em situações nas quais outras proteínas que possuam triptofanos, como, por exemplo a actina, estejam presentes. Procedemos a uma caracterização dos mutantes utilizados quanto à sua ligação à actina na ausência e presença de troponina (+/- Ca2+) e na presença de acrilamida por meio de ensaios de co-sedimentação com actina. O comportamento funcional dos diversos mutantes foi investigado pela análise da regulação da atividade Mg2+ -ATPásica da acto-S1 miosina destes mutantes na ausência e na presença de troponina (+/- Ca2+). Estudos da estabilidade destes mutantes da tropomiosina por meio de desnaturação por temperatura seguida por dicroísmo circular foram realizados para analisarmos o efeito das mutações na estabilidade global da molécula. Ensaios de desnaturação por uréia seguidas por fluorescência também foram realizados para analisarmos a estabilidade da molécula próxima à região da sonda fluorescente. O presente estudo compreendeu ainda a análise da supressão de fluorescência pelos supressores extrínsecos acrilamida e iodeto para diversos mutantes da tropomiosina na presença e ausência de outras proteínas do filamento fino, o que permitiu a obtenção de informações sobre o grau de exposição da sonda fluorescente nas diversas situações estudadas bem como sobre o ambiente eletrostático ao redor das sondas nestas diferentes situações. Estes resultados permitiram a obtenção de um modelo para a ligação da tropomiosina ao filamento de actina na presença de troponina (+/- Ca2+). Este modelo propõe que as bandas α do padrão de repetição α/β inicialmente proposto por Mclachlan e Stewart (1975 e 1976) se liguem ao filamento na ausência de íons cálcio. A introdução de cálcio no sistema é capaz de induzir uma rotação e um deslocamento na molécula de tropomiosina com relação ao filamento de actina. Nesta situação, seriam as bandas β da tropomiosina as responsáveis pela ligação desta molécula ao filamento de actina.
Título em inglês
Studies of the conformational stability of tropomyosin and its interactions with other proteins of fine filament
Palavras-chave em inglês
Biophysics
Muscle proteins (Study)
Myosin (Study)
Resumo em inglês
Several recombinant mutants of tropomyosin with the fluorescent probe 5-hydroxytryptophan inserted at several positions along the primary sequence are being used in our laboratory for studying the control of the muscular contraction process at a molecular level. These mutants are produced in bacterial strains auxotrophic to tryptophan in minimal medium to which 5- hydroxytryptophan, a tryptophan analogue, is added. This fluorescent probe has the advantage of absorbing light in a range of wavelengths not absorbed by the amino acid tryptophan (we have been successfully using the wavelength of 312 nm to selectively excite the 5-hydroxytryptophan). The environment of the probe can thus be studied even when other tryptophan containing proteins, such as actin, are present. We have characterized the mutants as to their ability to bind to actin in the absence and in the presence of troponin (+/- Ca2+) and in the presence of acrylamide through actin co-sedimentation assays. The functional behavior of the several mutants constructed was assessed by analyzing their ability to regulate the acto-S1 myosin Mg2+-ATPase activity in the absence and in the presence of troponin (+/- Ca2+). Studies on the stability of these tropomyosin mutants by thermal denaturation followed by circular dichroism were performed to analyze the effect of the mutations on the molecule's global stability. Urea denaturation assays followed by fluorescence were also performed to allow us to investigate the stability of the molecule in the vicinity of the fluorescent probe. The present study also involved the analysis of the fluorescence quenching by the extrinsic quenchers acrylamide and iodide for divers tropomyosin mutants in the presence and in the absence of other thin filament proteins. This allowed us to obtain information on the degree of exposure of the fluorescent probe in the several conditions studied as well as on the electrostatic microenvironment surrounding the probes in these different situations. These results enabled us to propose a model for the binding of tropomyosin to the actin filament in the presence of troponin (+/Ca2+). In this model the α-bands from the α/β repetition pattern initially proposed by Mclachlan and Stewart (1975 and 1976) would be binding the filament in the absence of calcium ions. The introduction of calcium to the system would induce a rolling motion in and a displacement of the tropomyosin molecule with relation to the actin filament. In this situation tropomyosin's β-bands would be responsible for the binding of this molecule to the actin filament.
 
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Data de Publicação
2018-04-23
 
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