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Mémoire de Maîtrise
Document
Auteur
Nom complet
Gustavo Fernando Mercaldi
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2010
Directeur
Jury
Thiemann, Otavio Henrique (Président)
Ambrósio, André Luís Berteli
Polycarpo, Carla Ribeiro
Titre en portugais
Fosfoglicerato mutase de Trypanosoma brucei: estrutura e mecanismo de reação
Mots-clés en portugais
Doenças Negligenciadas
Fosfoglicerato mutase
Isomerase
Tripanossomíase
Resumé en portugais
As doenças tropicais têm um grande impacto sobre a saúde em países de baixa renda, estando relacionadas com condições de pobreza e desigualdade. A tripanossomíase africana é uma infecção parasitaria negligenciada incluída na agenda da Organização Mundial de Saúde. Esta enfermidade é causada pelo Trypanosoma brucei gambiense e Trypanosoma brucei rhodesiense, sendo transmitida pela mosca tsé-tsé (Glossina sp.) e geralmente fatal se não tratada. Os fármacos usados no seu tratamento são ineficazes, difíceis de administrar e causam severas reações adversas. Portanto, existe a necessidade do desenvolvimento de alternativas quimioterápicas eficazes e seguras. Assim, a enzima fosfoglicerato mutase (PGAM) surge como um importante alvo molecular. Esta enzima esta envolvida no metabolismo de glicose, sendo necessária para a viabilidade do parasito. Somado a isso, ela difere da enzima dos hospedeiros permitindo a identificação de inibidores específicos. Não obstante, esforços têm sido realizados para identificar inibidores da PGAM, bem como para elucidar sua estrutura e mecanismo de reação. Nosso propósito é obter o modelo de alta resolução desta macromolécula sem ligantes e conseqüentemente analisar a mudança de conformação que esta sofre ao se ligar ao seu substrato natural. A PGAM de Trypanosoma brucei obtida na expressão e purificação mostrou-se cataliticamente ativa nos ensaios cinéticos. Por experimentos de cromatografia de exclusão molecular observamos que a amostra purificada se comportava na forma de monômero. Dados de difração de raios-X foram coletados para cristais da macromolécula obtidos na ausência de ligantes. A estrutura cristalográfica foi resolvida a 2.3 Å, apresentando um dímero na unidade assimétrica. Ambas as moléculas do dímero estavam na forma livre e apresentava grande diferença conformacional se comparadas com as PGAMs de estruturas conhecidas que estão ligadas ao substrato ou produto natural. Por espalhamento de raios-X a baixos ângulos confirmamos que a enzima é monomérica em condições que mimetizam a fisiológica. A mudança conformacional induzida pelo ligante não afeta a topologia dos dois domínios da PGAM. Entretanto, há mudanças nos ângulos torcionais da cadeia principal dos laços que conectam os domínios da proteína. Além disso, o metal cobalto parece estar envolvido na estabilização da estrutura terciária da PGAM na conformação livre. Finalmente, este novo modelo estrutural pode contribuir para o esforço internacional de desenvolver fármacos tripanocidas
Titre en anglais
Phosphoglycerate Mutase from Trypanosoma brucei: structure and reaction mecanism
Mots-clés en anglais
Isomerase
Neglected diseases
Phosphoglycerate mutase
Trypanosomiasis
Resumé en anglais
Tropical diseases represent a major burden on population health in low-incoming countries, being related to poverty and social disadvantage. African trypanosomiasis is a neglected parasitic infection on the agenda of World Health Organization. This disorder is caused by Trypanosoma brucei gambiensis and Trypanosoma brucei rhodesiensis, transmitted by the tsetse fly (Glossina sp.), and usually fatal if untreaded. The drugs used in the treatment are ineffective, difficult to administer, and cause severe adverse reactions. Therefore, there is a need to develop effective and safe chemotherapies. Thus, the enzyme phosphoglycerate mutase (PGAM) emerges as an important molecular target. This enzyme is involved in glucose metabolism, and is necessary for viability of the parasite. Moreover, it differs from the host enzyme allowing the identification of specific inhibitors. Nevertheless, efforts have been made in identifying PGAM inhibitors and to elucidate their structure and mechanism of reaction. Our purpose is to obtain the high resolution model of the macromolecule free from ligands and consequently to analyze the change in conformation that undergoes upon binding to its natural substrate. Trypanosoma brucei PGAM obtained in the expression and purification was shown to be catalytically active in the kinetics assays. In the size exclusion chromatography we observed that the purified sample behaves as a monomer. X-ray diffraction data were collected for crystals of the macromolecules obtained in the absence of ligands. The crystal structure was solved to 2.3 Å, showing a dimmer in the asymmetric unit. Both molecules of the dimmer were in free form, and had a large conformational difference compared with those of know PGAM structures that are connected to the natural substrate or product. Small angle X-ray scattering confirm that the enzyme is monomeric under conditions that mimic the physiological. Ligand-induced conformational change does not affect the topology of the two domains of the PGAM. However, there are changes in torsional angles of the main chain of the loops that connect the protein domains. Additionally, the metal cobalt seems to be involved in stabilizing the tertiary structure of PGAM in the free conformation. Finally, this new structural model may contribute to the international effort to develop trypanocidal drugs.
 
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Date de Publication
2010-09-17
 
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  • MERCALDI, G. F., et al. Structural role of the active-site metal in the conformation of Trypanosoma brucei phosphoglycerate mutase [doi:10.1111/j.1742-4658.2012.08586.x]. The FEBS Journal [online], 2012, vol. 279, p. 2012-2021.
  • GUIMARAES, D. O., et al. Prospecção química e biológica no fungo endofítico Guinardia mangiferae. In 30ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2007. Programa e Resumos., 2007. Resumo.
  • MERCALDI, G. F., et al. Estrutura cristalográfica da enzima fosfoglicerato mutase de trypanosoma brucei. In XIII Workshop da Pós-Graduação em Física do IFSC, São Carlos, 2009. Caderno de Resumos.São Carlo : Instituto de Física de São Carlos - USP, 2009. Resumo.
  • MERCALDI, G. F., et al. Structure based of new trypanocidal drugs using phosphoglycerate mutase from Trypanosoma brucei. In XXXVIII Annual Meeting of the Brazilian Biochemistry and Molecular Biology Society, Águas de Lindóia, 2009. Program and Index.Sao Paulo : Sociedade Brasileira de Bioquímica e Biologia Molecular - SBBq, 2009. Resumo.
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