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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.60.2013.tde-23102013-103017
Document
Author
Full name
Amanda Cristina Trabuco
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2013
Supervisor
Committee
Baruffi, Marcelo Dias (President)
Bernardes, Emerson Soares
Caliri, Antonio
Title in Portuguese
Análise comparativa entre galectinas-1 humana e de camundongo sob os aspectos biológico e molecular
Keywords in Portuguese
cristalografia
fosfatidilserina.
galectina-1
glycan array
hemaglutinação
Mac-1
Abstract in Portuguese
A galectina-1 (Gal-1) é uma lectina homodimérica multifuncional capaz de reconhecer e se ligar a beta-galactosídeos por meio de um domínio denominado carbohydrate recognition domain (CRD). A Gal-1 humana (Gal-1h) e a Gal-1 de camundongo (Gal-1c) mantêm 88,15% de homologia e, apesar de não existirem mutações em aminoácidos-chave do CRD, há substituições próximas a esses resíduos. Considerando as implicações dessas diferenças em estrutura e função, e que é comum a utilização de modelos murinos para estudar a função Gal-1, o presente trabalho objetiva analisar comparativamente a Gal-1c e a Gal-1h por meio de ensaios de cristalização e determinação estrutural da Gal-1c, além da avaliação comparativa da atividade lectínica da Gal-1h e da Gal-1c por glycan array e hemaglutinação. Também foi avaliada a capacidade de ambas as Gal-1 em induzir a exposição de fosfatidilserina (FS) em neutrófilos ativados provenientes de medula de camundongos normais ou deficientes de ?-2 integrina (Mac-1), de modo a investigar se a interação Gal-1/Mac-1 estaria envolvida nesse processo. Preparações homogêneas e ativas de Gal-1c e Gal-1h foram utilizadas nos ensaios. Os cristais de Gal-1c foram obtidos em 20% de polietilenoglicol 3350 e 0,2 M de fluoreto de amônio. Os dados de difração de raios X foram coletados e processados, obtendo-se uma estrutura com resolução de 2,4 Å. Observou-se que substituições de aminoácidos entre a Gal-1c e a Gal-1h estão localizadas em regiões expostas ao solvente, próximas do CRD e distantes da interface de dimerização. A análise comparativa entre Gal-1c e Gal-1h mostrou que estas substituições conferem a Gal-1c um caráter mais polar, com consequente aumento da distribuição de volume molecular. Nos ensaios de hemaglutinação, pode-se observar que é necessária uma concentração 2 vezes maior de Gal-1c para aglutinar eritrócitos humanos, de carneiro e de coelho na mesma proporção que a Gal-1h. Por meio do glycan array, pode-se determinar o perfil de ligação a glicanas de ambas as Gal-1. As duas Gal-1 apresentam afinidade por glicanas ramificadas contendo galactose terminal, e a Gal-1h apresentou maior intensidade de ligação às glicanas quando comparada à Gal-1c. Preparações de Gal-1c e Gal-1h induzem níveis semelhantes de exposição de FS na superfície de neutrófilos deficientes ou não de Mac-1, sugerindo que a interação Gal-1/Mac-1 não esteja envolvida no processo de exposição de FS na superfície de neutrófilos ativados. Assim, a diferença sequencial entre a Gal-1c e a Gal-1h é capaz de gerar diferenças estruturais consideráveis que implicam no reconhecimento diferencial de glicanas, o que, entretanto, não se reflete na capacidade de indução de FS na superfície de neutrófilos ativados. Além disso, a interação Gal-1/Mac-1 parece não participar desse processo, o que pode indicar que o papel da Gal-1 no turnover de neutrófilos, via reconhecimento fagocítico, seja um processo complexo e independente dessa interação.
Title in English
Comparative analysis of the biochemistry and biology of human and mouse galectin
Keywords in English
crystallography
galectin-1
glycan array
hemagglutination
Mac-1
phosphatidylserine.
Abstract in English
Galectin-1 (Gal-1) is a homodimeric and multifunctional lectin that recognizes and binds to beta-galactoside by a carbohydrate recognition domain (CRD). Human Gal-1 (hGal-1) and mouse Gal-1 (mGal-1) are 88.15% identical, and although there are no mutations in key amino acids within the CRD, there are differences in the amino acids sequence near the CRD. Given the potential of these differences to alter overall structure and function, and the common utilization of murine models to study Gal-1 function, we sought to directly compare key biochemical features of hGal and mGal-1. Thus, we performed crystallization and structure determination assays of mGal-1, and determined the carbohydrate binding specificy of mGal-1 and hGal-1 using a glycan array and using hemagglutination assay. We also evaluated the ability of both Gal-1 to induce exposure of phosphatidylserine (PS) in activated neutrophils from the bone marrow of normal or ?-2 integrin (Mac-1) deficient mice, in order to investigate the involvement of Gal-1/Mac-1 interaction in this process. To accomplish this, homogeneous and active preparations of hGal-1 and mGal-1 were used in the study. mGal-1 crystals were obtained in 20% polyethylene glycol 3350 and 0.2 M ammonium fluoride. Data from X-ray diffraction were collected and processed, yielding a structure with a final resolution of 2.4 Å. The amino acid substitutions found between mGal-1 and hGaI-1 are detected on the solvent-exposed surfaces where the CRDs are located and not on the proteins dimerization surfaces. A comparative structural analysis between mGal-1 and hGal-1 shows that these amino acid substitutions confer to mGal-1 a greater number of ionizable residues, polar character, appearance of the acid regions clustered, and a slight increase of volume distribution. In hemagglutination assays, twice the concentration of mGal-1 was required to cause equivalent agglutination of human, sheep or rabbit erythrocytes as hGal-1. Glycan array analysis demonstrated that both galectins have affinity for branched glycans containing terminal galactose residues. However, hGal-1 appeared to display higher levels of binding that mGal-1. Preparations of mGal-1 and hGal-1 induced similar levels of PS exposure on normal or Mac-1 deficient neutrophils, suggesting that the interaction Gal-1/Mac-1 is not involved in this process. Thus, hGal-1 and mGal-1 appear to possess considerable differences in glycan recognition that likely reflects subtle difference in amino acid sequence. Furthermore, the interaction Gal-1/Mac-1 do not appear to participate in this PS exposure process, which suggest that other Gal-1 receptors are likely important in this process.
 
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Publishing Date
2013-11-18
 
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