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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.75.2018.tde-04122018-135816
Documento
Autor
Nome completo
Danielle Karoline Silva do Vale Castro
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Garratt, Richard Charles (Presidente)
Araujo, Ana Paula Ulian de
Silva, Wanius Jose Garcia da
Nascimento, Alessandro Silva
Título em português
Reconhecimento molecular de septinas: estudos da interface entre SEPT7 e SEPT12
Palavras-chave em português
biologia estrutural e GTPases
proteínas
septinas
Resumo em português

A família das septinas caracteriza-se pela capacidade de ligar nucleotídeos de guanina e de se associarem formando filamentos. Diversas funções biológicas têm sido reportadas para esses filamentos e sua dissociação pode estar relacionada a patologias. A septina 12 humana expressa especificamente em testículos, foi identificada em filamentos que compõem o annulus do espermatozoide, cuja integridade está relacionada com a morfologia deste. Embora muitos estudos tenham sido reportados, vários aspectos das bases moleculares e fisiológicas de sua função e automontagem permanecem desconhecidos. Neste trabalho, procurou-se obter informações estruturais para o domínio de ligação ao nucleotídeo da SEPT12 (SEPT12G), do mutante SEPT12GT89M e do heterodímero SEPT7-SEPT12. A expressão destas proteínas foi realizada em células de E. coli da linhagem Rosetta(DE3) pelos vetores de expressão pET28a(+) e pETDuet-1. As etapas de purificação foram cromatografia de afinidade e exclusão molecular. A proteína SEPT12G foi submetida à avaliação do estado oligomérico, fluorescência intrínseca, ensaios de conteúdo de nucleotídeo, atividade GTPásica e transição térmica. O heterodímero SEPT7-SEPT12 foi submetido à avaliação do estado oligomérico e conteúdo de nucleotídeo. Ensaios de cristalização foram realizados para todas as proteínas. A coleta de dados realizada na linha I24 do Diamond Light Source (Didcot, Inglaterra) resultou em conjuntos de dados de alta resolução para a SET12G, SEPT12GT89M e baixa resolução para a SEPT7NGc. Os estudos biofísicos mostraram que a SEPT12G foi obtida em sua forma nativa ou, seja, capaz de ligar e hidrolisar o nucleotídeo GTP e que o heterodímero obtido apresentou ambas as proteínas. As estruturas cristalográficas foram resolvidas e permitiram realizar observações importantes para o grupo I das septinas humanas (SEPT3, SEPT9 e SEPT12). Para a SEPT12 pôde-se observar como a mudança que ocorre no motivo G4 pode alterar a estabilidade da interface G. No contexto do grupo I esta estrutura permitiu concluir que todas as proteínas deste subgrupo podem formar duas interfaces NC, dos tipos aberta e fechada. Além disso, reforçou a observação da orientação diferencial da hélice α5', cuja função ainda não está esclarecida, mas sem dúvidas é um diferencial que caracteriza este grupo, possivelmente relacionado com a ancoragem da região polibásica na conformação aberta. A estrutura cristalográfica do mutante SEPT12T89M permitiu observar que a mutação levou a uma alteração na primeira esfera de coordenação do íon Mg2+, mudança que interrompe o mecanismo do switch universal e deixa a proteína catalíticamente inativa. Por fim, o estudo cristalográfica do complexo entre a SEPT12 e SEPT7 não foi possível, uma vez que todas as tentativas resultaram em cristais contendo apenas a SEPT7, o que pode ser consequência da precipitação da SEPT12 ou da condição de cristalização utilizada, que desestabiliza o heterodímero.

Título em inglês
Molecular recognition in septins: the interface studies between SEPT7 and SEPT12
Palavras-chave em inglês
GTPases
proteins
septins
structural biology
Resumo em inglês

The septin family of proteins is characterized by their ability to bind guanine nucleotides and associate into filaments. Several biological functions have been reported for these filaments and their dissociation may be related to pathologies. Human septin is 12 specifically expressed in testes and has been identified in filaments that form the sperm annulus, whose integrity is related to its morphology. Although many studies have been reported, the molecular and physiological bases of septin filament function and self-assembly have yet to be completely elucidated. This study aims to obtain structural information for the nucleotide binding domain of SEPT12 (SEPT12G), the SEPT12GT89M mutant and the SEPT7-SEPT12 heterodimer. Expression of these proteins was performed in E. coli Rosetta(DE3) strain using the pET28a (+) and pETDuet-1 expression vectors. Purification was performed by affinity and size exclusion chromatography. The SEPT12G protein was submitted to an evaluation of its oligomeric state, intrinsic fluorescence, nucleotide content, GTPase activity and thermal transition. The oligomeric state and nucleotide content of SEPT7-SEPT12 was also evaluated. Crystallization assays were performed for all proteins. Data collection on line I24 of the Diamond Light Source (Didcot, England) resulted in high-resolution data sets for SET12G and SEPT12GT89M but only low resolution data for the SEPT7NGc. Biophysical studies showed that SEPT12G was obtained in its native form or, in other words, capable of binding and hydrolyzing GTP and that the purified heterodimer presented both proteins. The crystallographic structures were solved by molecular replacement allowing the identification of features characteristics of the group I septins (SEPT3, SEPT9 and SEPT12). The structure also confirmed that all the proteins of this group are able to form two different NC interfaces: open and closed. In addition, it reinforced the observation that the α5' helix assumes a different orientation, whose function has not yet been clarified, but without doubt is a characteristic of this group which may be related to anchoring the polybasic regions whilst in the open conformation. The SEPT12T89M mutant crystal structure shows that the first shell coordination of the Mg2+ ion is altered, leading to an interruption of the universal switch mechanism and a consequent lack of catalytic activity. Finally, structural studies of the interaction between SEPT12 and SEPT7 were not possible, since all attempts resulted in crystals containing only SEPT7. This may be a consequence of SEPT12 precipitation or the crystallization condition used, destabilizing the heterodimeric interface.

 
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Data de Publicação
2018-12-05
 
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