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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.76.2010.tde-01092010-114422
Document
Author
Full name
Alexandre Cassago
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2010
Supervisor
Committee
Thiemann, Otavio Henrique (President)
Borges, Júlio César
Navarro, Marcos Vicente de Albuquerque Salles
Oliveira, Cristiano Luis Pinto de
Probst, Christian Macagnan
Title in Portuguese
Determinação estrutural da proteína Selenocisteína Sintase de Escherichia coli
Keywords in Portuguese
Selenocisteína
Selenocisteína Sintase
tRNAsec de Inserção para Selenocisteína
Abstract in Portuguese
A biossíntese do 21o. aminoácido, Selenocisteína (Sec - U), envolve uma complexa maquinaria enzimática composta, em eubactérias, pela Selenocisteína Sintase (SELA), Fator de Elongação de Selenocisteína (SELB), Selenofosfato Sintetase (SELD) e tRNA de Inserção Selenocisteína (tRNAsec). Em arqueobactérias e eucariotos existem ainda O fosforil tRNAsec Kinase (PSTK), SepSecS como SELA, EFSec como SELB, SPS1 e 2 como SELD e Proteína Ligante ao SECIS 2 (SBP2). O resíduo Selenocisteína é incorporado à proteína nascente no códon semelhante ao UGA de terminação identificado como local para incorporação de Sec, pela presença da Sequência de Inserção de Selenocisteína (SECIS), juntamente ao códon UGA na região codificante em bactérias e na região 3'não codificante em arqueobactérias e eucariotos. SELA desempenha um papel central nessa via de biossíntese pela modificação do resíduo de Serina carregado ao tRNAsec pela enzima Seril-tRNA Sintetase (SerRS) convertendo-o em Selenocisteína. Essa enzima forma um complexo homodecamérico que reconhece e liga-se especificamente a SeriltRNAsec. A interação específica entre SELA e o tRNA permanece ainda não determinada. Nosso objetivo é a investigação estrutural por Espalhamento de Raios-X a Baixos Ângulos (SAXS) e cristalização da SELA e SELA-tRNAsec de Escherichia coli. Dados de SAXS determinaram parâmetros dimensionais como dimensão máxima, massa molecular e raio de giro. O modelo ab-inition foi calculado assumindo a simetria P52 de projeções de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Os cristais obtidos do complexo SELA-tRNA mostraram o grupo espacial e dimensões da cela, apesar da baixa resolução dos dados. Para melhorar os estudos estruturais um modelo para proteína SELA de Escherichia coli foi construído usando o alinhamento da sequência de aminoácidos e o PDB, da proteína SELA putativa, de Methanococcus jannaschii, que apesar da baixa identidade resultou em um modelo muito bom. Adicionalmente, uma Análise de Acoplamento Estatístico (SCA) foi realizada baseada em alinhamentos múltiplos da proteína SELA, ordenando os aminoácidos mais conservados e a relação existente entre eles.
Title in English
Structural determination of Selenocysteine Synthase from Escherichia coli
Keywords in English
Selenocysteine
Selenocysteine inserting tRNAsec
Selenocysteine Synthase
Abstract in English
The biosynthesis of the 21th amino acid, Selenocysteine (Sec - U), requires complex enzymatic machinery composed in eubacteria of: Selenocysteine Synthase (SELA), Selenocysteine Specific Elongation Factor (SELB), Selenophosphate Synthetase (SELD) and a specific Selenocysteine Inserting tRNA (tRNAsec). In archaeabacteria and eukaryotes there are O phosphoryl tRNAsec Kinase (PSTK), SepSecS as SELA, EFSec as SELB, SPS1 and 2 as SELD and SECIS Binding Protein 2 (SBP2). The Selenocysteine residue is incorporated into a nascent protein at a UGA like stop codon signaling as a Sec incorporation site by the presence of a Selenocysteine Insertion Sequence (SECIS), embedding the UGA codon in the coding region in bacteria and in a 3' UTR in archaea and eukarya. SELA plays a central role in this pathway by modifying the Serine residue charged into the tRNAsec by Seryl-tRNA Synthetase (SerRS) and converting it into Selenocysteine. This enzyme forms a homodecameric complex that specifically recognizes and binds to Seryl-tRNAsec. The specific interaction of SELA and its tRNA remains unclear. Our aim is the structural investigation by Small Angle X ray Scattering (SAXS) and crystallization of Escherichia coli SELA and SELA-tRNAsec. SAXS datas determined dimensional parameters as maximum dimension, molecular mass and radius of gyration. Abinition model calculation was made assuming a P52 symmetry from Transmission Electron Microscope (TEM) projections Crystals of SELA-tRNA complex shown the space-group and cell dimensions, although its low resolution. To improve the structural studies a SELA model of E. coli was built using the amino acid sequences alignment and the PDB from Methanococcus jannaschii, SELA putative protein, which although the lower identities result in a very good model. In addition, a Statistical Coupling Analysis (SCA) was performed based on a multiple sequence alignment of SELA, ordering the most preserved amino acid and the relation between them.
 
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Publishing Date
2010-09-01
 
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  • CASSAGO, A, e THIEMANN, O H. Estudos moleculares da Selenocisteina Sintase(SELA) de Escherichia coli. In VIII Workshop da Pós-Graduação no Instituto de Física de São Carlos - USP, São Carlos - SP, 2004. Caderno de Resumos.São Carlos - SP : Instituto de Física de São Carlos - USP, 2004. Resumo.
  • MANZINE, L R, et al. Identificação de elementos estruturais no ''tRNA POT.sec' IND.uca'. In XIII Workshop da Pós-Graduação em Física do IFSC, São Carlos, 2009. Caderno de Resumos.São Carlos : Instituto de Física de São Carlos, 2009. Resumo.
  • MANZINE, L R, CASSAGO, A, e Thiemann, Otavio H. Selenocisteine synthase (SELA) and "tRNA POT.sec' IND.uca' interaction : structural and functional investigations. In XXXVIII Annual Meeting of the Brazilian Biochemistry and Molecular Biology Society, Águas de Lindóia, 2009. Program and Index.São Paulo : Sociedade Brasileira de Bioquímica e Biologia Molecular - SBBq, 2009. Resumo.
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