Estudos estruturais e dinamicos da proteina elicitora cerato-platanina
Aline Lima de Oliveira
TESE
Português
T/UNICAMP OL4e
[Structural and dynamics studies of the protein elicitor cerato-platanin]
Campinas, SP : [s.n.], 2008.
142 p. : il.
Orientadores: Thelma de Aguiar Pertinhez, Celso Eduardo Benedetti
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Resumo: Um dos desafios que envolvem a patologia de plantas é determinar as bases moleculares que relacionam a patogenicidade do fungo na planta hospedeira. Em geral, o mecanismo pelo qual a planta se defende contra uma variedade de patógenos envolve o reconhecimento de moléculas específicas...
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Resumo: Um dos desafios que envolvem a patologia de plantas é determinar as bases moleculares que relacionam a patogenicidade do fungo na planta hospedeira. Em geral, o mecanismo pelo qual a planta se defende contra uma variedade de patógenos envolve o reconhecimento de moléculas específicas codificadas por esses microorganismos. A ceratoplatanina (CP) é uma proteína moderadamente hidrofóbica que é secretada, porém também está localizada na parede celular do fungo ascomiceto Ceratocystis fimbriata. Esse fungo é o agente causador de severas doenças de cancro que atinge um grande número de plantas
como Platanus acerifolia, Theobroma cacao, Coffea Arabic, entre outras. A proteína secretada por culturas de Ceratocystis fimbriata f. sp. platani é capaz de elicitar a síntese de fitoalexinas em folhas de Platanus acerifolia e causar morte celular. De acordo com o banco de dados de família de proteínas CP é indicada como a fundadora da "Família Cerato-Platanina", que inclui outras várias proteínas secretadas por fungos envolvidos em fenômenos fitopatológicos e/ou reações imunológicas. Buscas em banco de dados de proteínas mostram que não existe nenhuma proteína similar a CP com estrutura conhecida. Assim, a elucidação estrutural de moléculas possivelmente envolvidas interação fungohospedeiro é de primária importância para a compreensão dos eventos iniciais que levam às respostas de defesa. A CP foi clonada e expressa em sistema eucariótico e marcada isotópicamente com 13C e 15N. Experimentos de ressonância magnética nuclear multinucleares e muiltidimensionais foram usados para determinar sua estrutura 3D em solução. A estrutura da CP é composta por duas fitas-ß paralelas e cinco fitas-ß antiparalelas, reunidas em uma única folha-ß, e três elementos helicoidais. A dinâmica da CP foi determinada e os dados experimentais mostraram que a proteína apresenta uma estrutura caracterizada por uma limitada mobilidade interna. Além disso, a proteína apresenta alta estabilidade, mantendo a sua conformação mesmo em temperaturas elevadas ou em uma larga escala de pH e de concentração de uréia. Com o objetivo de procurar outras proteínas ou domínios conformacionalmente similares ao da CP, sua estrutura foi submetida a análises estruturais utilizando-se a ferramenta ProFunc. Os resultados de alinhamento estrutural mostram que a CP não possui similaridade conformacional a nenhuma proteína conhecida envolvida em avirulência de microorganismos ou a proteínas elicitoras de fungos ou bactérias patógenas. Porém, surpreendentemente, o enovelamento da CP mostrou-se similar a moléculas pertencentes às famílias das quimiocinas e do complexo de histocompatibilidade principal de classe I (MHC-I). De fato, a estrutura de menor energia da CP se sobrepõe melhor a forma dimérica da interleucina-8 (IL-8) e do peptídeo ativador de neutrófilos-2 (NAP-2), da família de quimiomicinas, e aos domínios a1, a2 da proteína MHC-I. Interessante notar que ambas famílias de proteínas que possuem enovelamento similar ao da CP estão relacionadas com respostas de defesa a patógenos em animais. A semelhança estrutural entre CP e essas moléculas sinalizadoras de defesa sugere que, na célula do hospedeiro, o alvo da CP pode ter similaridade estrutural aos receptores das proteínas IL-8/NAP-2 ou MHC-I. Buscas no genoma de Arabdopsis usando a sequência desses receptores forneceram alguns potenciais alvos. A maioria desses alvos são proteínas intracelulares ou de membrana que estão envolvidos na percepção de proteínas de avirulência e de padrões moleculares associados a patógenos, corroborando com a hipótese de que a CP agiria como um elicitor de respostas de defesa e poderia interagir com essas classes de receptores. Embora a função da CP ainda seja desconhecida, com a elucidação da sua estrutura 3D surgiram novas hipóteses sobre o mecanismo molecular pelo qual a CP interagiria com seus hospedeiros. Ver menos
como Platanus acerifolia, Theobroma cacao, Coffea Arabic, entre outras. A proteína secretada por culturas de Ceratocystis fimbriata f. sp. platani é capaz de elicitar a síntese de fitoalexinas em folhas de Platanus acerifolia e causar morte celular. De acordo com o banco de dados de família de proteínas CP é indicada como a fundadora da "Família Cerato-Platanina", que inclui outras várias proteínas secretadas por fungos envolvidos em fenômenos fitopatológicos e/ou reações imunológicas. Buscas em banco de dados de proteínas mostram que não existe nenhuma proteína similar a CP com estrutura conhecida. Assim, a elucidação estrutural de moléculas possivelmente envolvidas interação fungohospedeiro é de primária importância para a compreensão dos eventos iniciais que levam às respostas de defesa. A CP foi clonada e expressa em sistema eucariótico e marcada isotópicamente com 13C e 15N. Experimentos de ressonância magnética nuclear multinucleares e muiltidimensionais foram usados para determinar sua estrutura 3D em solução. A estrutura da CP é composta por duas fitas-ß paralelas e cinco fitas-ß antiparalelas, reunidas em uma única folha-ß, e três elementos helicoidais. A dinâmica da CP foi determinada e os dados experimentais mostraram que a proteína apresenta uma estrutura caracterizada por uma limitada mobilidade interna. Além disso, a proteína apresenta alta estabilidade, mantendo a sua conformação mesmo em temperaturas elevadas ou em uma larga escala de pH e de concentração de uréia. Com o objetivo de procurar outras proteínas ou domínios conformacionalmente similares ao da CP, sua estrutura foi submetida a análises estruturais utilizando-se a ferramenta ProFunc. Os resultados de alinhamento estrutural mostram que a CP não possui similaridade conformacional a nenhuma proteína conhecida envolvida em avirulência de microorganismos ou a proteínas elicitoras de fungos ou bactérias patógenas. Porém, surpreendentemente, o enovelamento da CP mostrou-se similar a moléculas pertencentes às famílias das quimiocinas e do complexo de histocompatibilidade principal de classe I (MHC-I). De fato, a estrutura de menor energia da CP se sobrepõe melhor a forma dimérica da interleucina-8 (IL-8) e do peptídeo ativador de neutrófilos-2 (NAP-2), da família de quimiomicinas, e aos domínios a1, a2 da proteína MHC-I. Interessante notar que ambas famílias de proteínas que possuem enovelamento similar ao da CP estão relacionadas com respostas de defesa a patógenos em animais. A semelhança estrutural entre CP e essas moléculas sinalizadoras de defesa sugere que, na célula do hospedeiro, o alvo da CP pode ter similaridade estrutural aos receptores das proteínas IL-8/NAP-2 ou MHC-I. Buscas no genoma de Arabdopsis usando a sequência desses receptores forneceram alguns potenciais alvos. A maioria desses alvos são proteínas intracelulares ou de membrana que estão envolvidos na percepção de proteínas de avirulência e de padrões moleculares associados a patógenos, corroborando com a hipótese de que a CP agiria como um elicitor de respostas de defesa e poderia interagir com essas classes de receptores. Embora a função da CP ainda seja desconhecida, com a elucidação da sua estrutura 3D surgiram novas hipóteses sobre o mecanismo molecular pelo qual a CP interagiria com seus hospedeiros. Ver menos
Abstract: One of the most challenging problems facing plant pathology is to understand the molecular basis of the interaction between fungal plant pathogens and their host. Often, the mechanisms by which plants defend themselves against a variety of pathogens involve the recognition of specific...
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Abstract: One of the most challenging problems facing plant pathology is to understand the molecular basis of the interaction between fungal plant pathogens and their host. Often, the mechanisms by which plants defend themselves against a variety of pathogens involve the recognition of specific molecules encoded by these microorganisms. Cerato-platanin (CP) is a moderately hydrophobic protein that is secreted and localized in the cell wall of Ceratocystis fimbriata produced by the ascomycete fungus Ceratocystis fimbriata, which is the causative agent of canker stain, a severe disease with incidence in a great number of plants, such as Platanus acerifolia, Theobroma cacao, Coffea Arabic, among others. The protein secreted by culture of Ceratocystis fimbriata f. sp. platani in the medium is able to elicit phytoalexin synthesis in Platanus acerifolia leaves and to enhance cell death. According to protein family database CP has been indicated as the founder of the "Cerato-Platanin Family" that includes other secreted fungal proteins involved in a variety of phytopathological phenomena and/or immunological reactions. The search in the Protein Data Bank revealed this protein family is not structurally characterized. In this way, the resolution of 3D structure of molecules involved in the host-fungus interaction is important to the comprehension of the initial events in the plant defence response. CP has been cloned and expressed in eukaryotic systems in its 13C, 15N isotopically labelled form. Multinuclear and multidimensional nuclear magnetic resonance has been used to determine its 3D solution structure. The CP structure is composed of two ß-strand parallel and five ß-strands antiparallel, assembled in a seven-stranded ß-sheet, facing three helical elements. The CP dynamics has been determined and the experimental data reveal that CP shows a structure characterized by limited internal mobility. Moreover, the protein has a good stability, keeping its conformation even at high temperature or in a wide rage of both pH and urea concentration. With the aim to search for other protein or domains conformationally similar to the CP, its 3D structure was submitted to structural analysis using ProFunc Server. The results of structure alignment show that CP does not share 3D structural similarity with any known avirulence proteins or elicitors from bacterial or fungal pathogens. However, surprisingly, the core of CP has a fold similar to molecules belonging to the chemokines and to the major histocompatibility complex class I (MHC-I) families. Indeed, the minimum energy CP structure superposes better to the dimeric form of interleunkin-8 (IL-8) and of the neutrophil activating peptide-2 (NAP-2), from the chemokines family, and to the a1, a2- domains of MHC-I protein. Interestingly, both families of proteins which have a similar fold to CP are related with defense response to pathogens in animals. The structural resemblance between CP and these defense signaling molecules suggests that, in the host cells, CP targets might have structural similarities to the human IL-8/NAP-2 or MHC-I proteins receptors and a search in the Arabidopsis genome with them produced a few hits. Not surprisingly, most of these proteins are surface or intracellular receptors implicated in the recognition of molecular patterns associated to pathogens or avirulence, a finding consistent with the hypothesis that CP, acting as an elicitor, should interact with such class of receptor proteins. In summary, although the biological function of the CP is still unknown, the elucidation of its 3D structure provides some insights about the molecular mechanism by which CP interact with their hosts.
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Pertinhez, Thelma de Aguiar
Orientador
Benedetti, Celso Eduardo, 1964-
Coorientador
Falcão, Paula Regina Kuser
Avaliador
Almeida, Marcius da Silva
Avaliador
Garratt, Richard Charles
Avaliador
Estudos estruturais e dinamicos da proteina elicitora cerato-platanina
Aline Lima de Oliveira
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