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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Ca2+, Mg2+ e pH integram novos mecanismos regulatórios da estrutura e função de peroxirredoxinas mitocondriais de Leishmania contribuindo para a sobrevivência do parasita   = Ca2+, Mg2+ and pH integrate novel regulatory mechanisms of structure and function of mitochondrial peroxiredoxins from Leishmania contributing to parasite survival  
Title Alternative: Ca2+, Mg2+ and pH integrate novel regulatory mechanisms of structure and function of mitochondrial peroxiredoxins from Leishmania contributing to parasite survival  
Author: Morais, Mariana Abrahão Bueno de, 1989-
Advisor: Murakami, Mário Tyago
Abstract: Resumo: Peroxirredoxinas (Prxs) 2-Cys da subfamília Prx1 são peroxidases, com duas cisteínas catalíticas, que regulam os níveis intracelulares de H2O2, além de estarem envolvidas na sinalização celular e de assumirem atividade chaperona em certas condições. Todas as suas funções são reguladas por mudanças na estrutura quaternária induzidas por múltiplos fatores, tais como estado redox, modificações pós-traducionais e pH. Entretanto, as bases moleculares que regulam esses fenômenos ainda não são totalmente compreendidas. As Prxs mitocondriais (Prx1m) de Leishmania, por exemplo, exibem a dupla função de peroxidases e chaperonas moleculares, porém somente a última é crucial para a sobrevivência do parasita no hospedeiro humano. Estudos recentes in vitro mostraram que, quando decamérica e reduzida, Prx1m de Leishmania infantum constitui uma chaperona ativa, enquanto dímeros oxidados são inativos. Neste trabalho foram resolvidas as estruturas cristalográficas da Prx1m de Leishmania braziliensis (LbPrx1m) nas formas dimérica e decamérica, mostrando que alterações conformacionais na região I do loop catalítico estão associadas ao processo de decamerização. Pela primeira vez, foram obtidos dados estruturais de um membro da subfamília Prx1 em dois estados oligoméricos, induzidos por mudanças de pH. Com base nesses dados, desvendamos o mecanismo molecular pelo qual o pH modula a conversão entre dímeros e decâmeros, o qual parece ser fisiologicamente relevante e altamente conservado na subfamília Prx1. Além disso, foi demonstrado que os cátions divalentes Ca2+ e Mg2+ - os quais desempenham papéis importantes no metabolismo na mitocôndria - ativam a função chaperona de Prx1m e estimulam a atividade peroxidase, através de um mecanismo de estabilização de decâmeros inédito e exclusivo de Prxs mitocondriais de Leishmania. Utilizando um mutante dimérico constitutivo de LbPrx1m, cuja oligomerização não é influenciada pelo pH, cátions divalentes ou estado redox, demonstramos que a formação de decâmeros é um pré-requisito não somente para a função peroxidase, mas também para a função chaperona de Prx1m, sendo necessária para conferir resistência à Leishmania infantum frente ao estresse térmico sofrido durante a transição do inseto para o hospedeiro humano. Em conjunto, nossos resultados mostram que concentrações basais de Ca2+ e Mg2+ encontrados na matriz mitocondrial dão suporte à função dupla de Prx1m em Leishmania, enquanto pequenas quedas de pH e altos níveis de Ca2+ podem aumentar o reservatório mitocondrial de chaperonas de Prx1m. Esses dados implicam que a busca de compostos que previnam a decamerização da Prx1m de Leishmania representa uma boa estratégia para inibir a função chaperona desse atrativo alvo terapêutico

Abstract: 2-Cys peroxiredoxins (Prxs) from Prx1 subfamily are Cys-based peroxidases that control intracellular levels of H2O2 besides being involved in cell signaling pathways and assuming chaperone function under specific conditions. The regulation of their functions involves changes in their quaternary structure which are induced by multiple factors, such as redox state, posttranslational modifications and pH. However, there is still a lack of information about the molecular basis for these phenomena. The mitochondrial 2-Cys peroxiredoxin (Prx1m) from Leishmania, for example, exhibits dual peroxidase and chaperone functions, but only the latter is crucial for the parasite survival in the mammalian host. Recent in vitro studies indicated that reduced Leishmania infantum Prx1m forms chaperone-active decamers, whereas the oxidized protein dissociates into chaperone-inactive dimers. Herein, we solved the crystal structures of Leishmania braziliensis Prx1m (LbPrx1m) in both dimeric and decameric forms, showing that conformational changes of the region I from the catalytic loop are associated with the decamerization process. We provided, for the first time to our knowledge, structural data of a Prx1 member in two different oligomeric states induced by pH variations. Based on these data, we unveiled the molecular mechanism of pH modulation in dimers/decamers conversion. This mechanism might be extended to other peroxiredoxins and seems to be physiologically relevant. Moreover, we demonstrated that the divalent cations Ca2+ and Mg2+ - which play key roles in mitochondrial metabolism ¿ activate the chaperone function of oxidized Prx1m and stimulate the catalytic activity via a novel and exclusive mechanism of decamer stabilization of mitochondrial Prxs from Leshmania. Using a dimeric mutant of LbPrx1m unable to decamerize by pH, cation influence, or redox state, we also demonstrated that decamer formation is a pre-requisite not only for the peroxidase function of Prx1m but also for the chaperone activity, being essential to provide to Leishmania infantum resistance against heat stress during the transition from insect to the mammalian hosts. Together, our results showed that basal concentrations of Ca2+ and Mg2+, found in the mitochondrial matrix, support the dual function of Prx1m from Leishmania, whereas small decreases in pH or increased Ca2+ levels regulate the mitochondrial reservoir of chaperone-active Prx1m. Our findings imply that the search for compounds that prevent Leishmania Prx1m decamerization represents a promising strategy to inhibit the crucial chaperone function of this attractive therapeutic target
Subject: Peroxirredoxinas
Oligomerização
Leishmania
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: MORAIS, Mariana Abrahão Bueno de. Ca2+, Mg2+ e pH integram novos mecanismos regulatórios da estrutura e função de peroxirredoxinas mitocondriais de Leishmania contribuindo para a sobrevivência do parasita   = Ca2+, Mg2+ and pH integrate novel regulatory mechanisms of structure and function of mitochondrial peroxiredoxins from Leishmania contributing to parasite survival  . 2016. 1 recurso online (197 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/321159>. Acesso em: 31 ago. 2018.
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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