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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.17.2020.tde-23082020-102556
Document
Author
Full name
Danyel Fernandes Contiliani
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2020
Supervisor
Committee
Pereira, Tiago Campos (President)
Guimarães, Luis Henrique Souza
Ramos, Ricardo Guelerman Pinheiro
Title in Portuguese
Análises in silico de metalotioneínas (MTs) e a tolerância de Panagrolaimus superbus à hipóxia por imersão em matriz metálica de Gálio
Keywords in Portuguese
Anidrobiose
Gálio
Metalotioneína
Panagrolaimus superbus
Abstract in Portuguese
O nematoide de vida livre Panagrolaimus superbus é capaz de adentrar um estado de animação suspensa quando exposto à dessecação extrema - fenômeno denominado como anidrobiose (vida sem água). Durante o estado seco, organismos anidrobiontes toleram a uma diversidade de estresses físicos, tais como extremos de temperatura, vácuo e hiperaceleração. Metalotioneínas (MTs) são proteínas ubíquas, com cadeias curtas, capazes de atuar na detoxificação e homeostase de metais pesados devido ao alto teor de cisteínas em suas cadeias. Considerando que organismos anidrobiontes dessecados se mantêm viáveis por longos períodos em solos secos, nos quais são exibidas altas concentrações de íons metálicos, nós levantamos a hipótese de que estes organismos apresentem tolerância a metais pesados promovida por eventuais diferenças estruturais em suas MTs. Portanto, os objetivos deste trabalho foram investigar a tolerância de P. superbus à imersão completa em Gálio (Ga), analisando sua viabilidade e crescimento populacional, e identificar diferenças estruturais de MTs entre organismos anidrobiontes e não-anidrobiontes, por meio de análises in silico (composição e conservação de cisteínas, modelagem estrutural, análise e alinhamento de estruturas primárias e terciárias, e afinidade por ligantes). Os resultados encontrados demonstram a alta tolerância de P. superbus ao confinamento hipóxico em Ga por 7 dias, não apresentando efeitos negativos em sua viabilidade e em seu crescimento populacional. Adicionalmente, os resultados das análises in silico mostram valores superiores na composição e no número de cisteínas conservadas em MTs não-anidrobióticas, mas não apresentaram diferenças em estruturas terciárias ou na interação com ligantes. Portanto, nós relatamos pela primeira vez a preservação de um organismo em anidrobiose no interior de um metal pesado. Entretanto, sugerimos que esta tolerância mediada pela anidrobiose não seja conferida por diferenças estruturais em MTs, tornando-se provável a atuação destas a nível transcricional ou o envolvimento de um conjunto de elementos da maquinaria de reparo de anidrobiose.
Title in English
In silico analysis of metallothioneins (MTs) and the tolerance of Panagrolaimus superbus to hypoxia by immersion in a Gallium matrix
Keywords in English
Anhydrobiosis
Gallium
Metallothionein
Panagrolaimus superbus
Abstract in English
The free-living nematode Panagrolaimus superbus is able to enter into a state of suspended animation when exposed to extreme desiccation - phenomenon known as anhydrobiosis (life without water). During the dry state, anhydrobiotic organisms tolerate several physical stresses, such as extremes of temperature, vacuum and hyperacceleration. Metallothioneins (MTs) are ubiquitous proteins with short chains, capable of acting on detoxification and homeostasis of heavy metals due to the high content of cysteines in their chains. Considering that desiccated anhydrobiotic organisms remain viable for long periods in dry soils, in which high concentrations of metal ions are exhibited, we hypothesized that these organisms show tolerance to heavy metals due to structural differences in their MTs. Therefore, the objectives of this work were to investigate the tolerance of P. superbus to complete immersion in Gallium (Ga), by analyzing its viability and population growth, and to identify structural differences in MTs between anhydrobiotic and non-anhydrobiotic organisms by performing in silico analyses (cysteine composition and conservation, structural modeling, primary and tertiary structure analyses and alignment, and ligand affinity). The results demonstrate the high tolerance of P. superbus to hypoxic confinement in Ga for 7 days, with no negative effects on its viability and population growth. Additionally, the results of in silico analyses show higher values of cysteine composition and conservation in nonanhydrobiotic MTs, but no differences in tertiary structures and ligand interactions were shown. Thus, we report for the first time the preservation of an anhydrobiotic organism inside a heavy metal matrix. However, we suggest that this anhydrobiosis-mediated tolerance is not conferred by structural differences in MTs, but by their differential gene expression and/or involve a set of elements of the anhydrobiosis repair machinery.
 
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Publishing Date
2020-10-19
 
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