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Título: Caracterização estrutural das formas silvestre e recombinante de uma lectina de sementes de Vatairea macrocarpa Benth e análise das suas bases moleculares de ligação ao antígeno Tn
Título em inglês: Structural characterization of wild and recombinant forms of the lectin Vatairea macrocarpa Benth seed analysis and molecular basis of its binding to the antigen Tn
Autor(es): Sousa, Bruno Lopes de
Orientador(es): Cavada, Benildo Sousa
Coorientador(es): Nagano, Celso Shiniti
Palavras-chave: Bioquimica
Lectinas
Leguminosa
Cristalografia
Lectins
Legumes
Crystallography
Leguminosa
Cristalografia
Data do documento: 2014
Citação: SOUSA, B. L. (2014)
Resumo: As lectinas consitem em uma classe diversificada de proteínas, capazes de reconhecer estruturas glicídicas de forma reversível e com alta especificidade, no entanto sem alterar suas estruturas químicas, participando de vários processos celulares importantes. Dentre as diferentes famílias de lectinas, as isoladas a partir de leguminosas são as mais extensivamente estudadas, havendo sido relatada a influências dessas moléculas sobre diversos processos patológicos, incluindo a carcinogênese. Notáveis propriedades antitumorais têm sido detectadas para algumas lectinas de leguminosas, resultantes da sua habilidade em induzir a morte celular ou a autofagia em células cancerígenas, o que atraído atenção para suas possiveis aplicações biomédicas. Além disso, algumas lectinas desse grupo especificas para galactose/N-acetil-D-galactosamina (Gal/GalNAc) têm se mostrado úteis como marcadores histoquímicos na pesquisa do câncer e a caracterização estrutural dessas lectinas em complexo com diferentes epítopos cancerígenos vem sendo realizada com sucesso. A lectina isolada a partir das sementes da leguminosa Vatairea macrocarpa (VML) é uma lectina bem caracterizada específica para Gal/GalNAc capaz de reconhecer especificamente o antígeno Tn (GalNAc-α-O-Ser), naturalmente encontrado em O-mucinas presentes em diferentes tipos de câncer. As estruturas cristalográficas para a VML em complexo com o antígeno Tn e GalNAc foram determinadas com resoluções de 1.4 e 1.7 Å, respectivamente. A maioria das lectinas obtidas a partir de fontes naturais consiste em misturas de diferentes isoformas, uma característica indesejada para aplicações biomédicas. Com base nisso, uma construção recombinante para VML (rVML) foi expressa em Escherichia coli, sendo obtida de forma solúvel em com alto rendimento. A estrutura cristalina para a rVML, bem como para seus complexos com o antígeno Tn, GalNAc e α-Lactose foram determinadas com resoluções de 1.7, 2.7, 2 e 1.8 Å, respectivamente, apresentando a mesma estrutura geral e padrões de interação que a lectina silvestre. Com o intuito de gerar um perfil comparativo entre a VML e outras lectinas de leguminosas capazes de reconhecer o antígeno Tn, foram realizadas análises de docking molecular utilizando fragmentos de O-mucinas diferentemente decorados com o antígeno Tn. Esse perfil ressalta como alterações sutis no elenco ou disposição dos aminoácidos constituintes do sítio de ligação a carboidrato, que talvez não influenciem a capacidade de ligação a monossacarídeo, podem impactar diretamente a habilidade dessas lectinas em reconhecer antígenos em condições naturais. Adicionalmente aos já caracterizados efeitos biológicos relatados para VML, a similaridade entre sua estrutura e perfis de interações quando comparadas a outras lectinas comumente utilizadas como marcadores histoquímicos (e.g., VVLB4 e SBA), sugerem fortemente a possível utilização da VML como uma nova ferramenta na pesquisa do câncer. Esse trabalho consiste no primeiro relato de estruturas cristalográficas para uma lectina de leguminosa específica para Gal/GalNAc da tribo Dalbergieae.
Abstract: Lectins are a very diverse class of proteins able to bind specific sugar structures reversibly and with high specificity, but without enzymatically modifying them, triggering several important cellular processes. Among the different lectin families, legume lectins are the most thoroughly studied and have been widely reported to exhibit a number of links to many pathological processes, including carcinogenesis. The remarkable anti-tumor properties of some legume lectins, resulting from their ability to induce programmed cell death and/or autophagocytosis in cancer cells have attracted much attention for biomedical applications. Moreover, a few galactose/N-acetylgalactosamine (Gal/GalNAc)-binding lectins from this group have proven to be useful markers for cancer histochemistry, and the structural characterization of these lectins bound to specific cancer epitopes has been carried out successfully. The seed lectin isolated from the legume tree Vatairea macrocarpa (VML) is a well characterized Gal/GalNAc-binding protein able to specifically recognize naturally occurring O-mucins presenting the carcinoma epitope Tn antigen (GalNAc-α-O-Ser). The crystal structures of VML in complex with Tn antigen and GalNAc have been determined at the resolution of 1.4 and 1.7 Å, respectively. Unfortunately, most of lectins obtained from natural sources consist in a mixture of forms, which is an undesired feature for biomedical applications. Thus, the recombinant form of VML (rVML) was expressed in Escherichia coli, being obtained soluble and wih high yielding. The crystal structure for rVML, as well as for the complex with Tn antigen, GalNAc and α-Lactose have been determined at resolutions of 1.7, 2.7, 2 and 1.8 Å, respectively, presenting the same overall structure and binding patterns as the wild lectin. Molecular docking analysis of this new structure and other Tn-binding legume lectins to O-mucin fragments differently decorated with this antigen provides a comparative binding profile among these proteins, stressing that subtle alterations that may not influence monosaccharide binding can, nonetheless, directly impact the ability of these lectins to recognize naturally occurring antigens. In addition to the specific biological effects of VML, the structural and binding similarities between it and other lectins commonly used as histological markers (e.g., VVLB4 and SBA) strongly suggest that VML can be used as a new tool for cancer research. This is the first report of crystal structures of a Gal/GalNAc-binding legume lectin from the Dalbergieae tribe.
Descrição: SOUSA, Bruno Lopes de.Caracterização estrutural das formas silvestre e recombinante de uma lectina de sementes de Vatairea macrocarpa Benth e análise das suas bases moleculares de ligação ao antígeno Tn. 2014. 119 f. Tese (Doutorado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18875
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