Mechanisms of monomeric and dimeric glycogenin autoglucosylation

Initiation of glucose polymerization by glycogenin autoglucosylation at Tyr-194 is required to prime de novo biosynthesis of glycogen. It has been proposed that the synthesis of the primer proceeds by intersubunit glucosylation of dimeric glycogenin, even though it has not been demonstrated that this mechanism is responsible for the described polymerization extent of 12 glucoses produced by the dimer. We reported previously the intramonomer glucosylation capability of glycogenin without determining the extent of autoglucopolymerization. Here, we show that the maximum specific autoglucosylation extent (MSAE) produced by the non-glucosylated glycogenin monomer is 13.3 ± 1.9 glucose units, similar to the 12.5 ± 1.4 glucose units measured for the dimer. The mechanism and capacity of the dimeric enzyme to carry out full glucopolymerization were also evaluated by construction of heterodimers able to glucosylate exclusively by intrasubunit or intersubunit reaction mechanisms. The MSAE of non-glucosylated glycogenin produced by dimer intrasubunit glucosylation was 16% of that produced by the monomer. However, partially glucosylated glycogenin was able to almost complete its autoglucosylation by the dimer intrasubunit mechanism. The MSAE produced by heterodimer intersubunit glucosylation was 60% of that produced by the wild-type dimer. We conclude that both intrasubunit and intersubunit reaction mechanisms are necessary for the dimeric enzyme to acquire maximum autoglucosylation. The full glucopolymerization capacity of monomeric glycogenin indicates that the enzyme is able to synthesize the glycogen primer without the need for prior dimerization.Fil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Carrizo Villar, María Eva. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Romero, Jorge Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Curtino, Juan Agustin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin

Crystal structure of Trypanosoma cruzi heme peroxidase and characterization of its substrate specificity and compound I intermediate

The protozoan parasite Trypanosoma cruzi is the causative agent of American trypanosomiasis, otherwise known as Chagas disease. To survive in the host, the T. cruzi parasite needs antioxidant defense systems. One of these is a hybrid heme peroxidase, the T. cruzi ascorbate peroxidase-cytochrome c peroxidase enzyme (TcAPx-CcP). TcAPx-CcP has high sequence identity to members of the class I peroxidase family, notably ascorbate peroxidase (APX) and cytochrome c peroxidase (CcP), as well as a mitochondrial peroxidase from Leishmania major (LmP). The aim of this work was to solve the structure and examine the reactivity of the TcAPx-CcP enzyme. Low temperature electron paramagnetic resonance spectra support the formation of an exchange-coupled [Fe(IV)=O Trp233•+] compound I radical species, analogous to that used in CcP and LmP. We demonstrate that TcAPx-CcP is similar in overall structure to APX and CcP, but there are differences in the substrate-binding regions. Furthermore, the electron transfer pathway from cytochrome c to the heme in CcP and LmP is preserved in the TcAPx-CcP structure. Integration of steady state kinetic experiments, molecular dynamic simulations, and bioinformatic analyses indicates that TcAPx-CcP preferentially oxidizes cytochrome c but is still competent for oxidization of ascorbate. The results reveal that TcAPx-CcP is a credible cytochrome c peroxidase, which can also bind and use ascorbate in host cells, where concentrations are in the millimolar range. Thus, kinetically and functionally TcAPx-CcP can be considered a hybrid peroxidase.Fil: Freeman, Samuel L.. University of Bristol; Reino UnidoFil: Skafar, Vera. Universidad de la República; UruguayFil: Kwon, Hanna. University of Leicester; Reino UnidoFil: Fielding, Alistair J.. Liverpool John Moores University; Reino UnidoFil: Moody, Peter C.E.. University of Leicester; Reino UnidoFil: Martínez, Alejandra. Universidad de la República; UruguayFil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidade Nova de Lisboa; PortugalFil: Inchausti, Lucas. Universidad de la Republica; Uruguay. Instituto de Investigaciones Biológicas "Clemente Estable"; UruguayFil: Smircich, Pablo. Instituto de Investigaciones Biológicas "Clemente Estable"; Uruguay. Universidad de la Republica; UruguayFil: Zeida, Ari. Universidad de la Republica; UruguayFil: Piacenza, Lucía. Universidad de la Republica; UruguayFil: Radi, Rafael. Universidad de la Republica; UruguayFil: Raven, Emma L.. University of Bristol; Reino Unid

Estudios estructurales y bioquímicos de enzimas y reacciones de iniciación de la biosíntesis de proteoglucógeno

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2014Fil: Issoglio, Federico Matías. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.En mamíferos la biosíntesis de novo de glucógeno comienza con la acción de una enzima llamada glucogenina, que es capaz de incorporar sobre sí misma, de manera autocatalítica, una molécula de glucosa, a través de la formación de un enlace Oglicosídico entre un residuo tirosina y el extremo reductor de la glucosa (a-1-0-Tyr). Además, puede catalizar un segundo proceso químicamente diferente, la incorporación sucesiva de glucosas mediante la formación de enlaces a-(1 -.4), formando así un oligoglucano lineal sobre el que actúan las enzimas glucógeno sintasa (GS) y ramificante (GBE) para dar lugar a una nueva molécula de proteoglucó geno. Aquí se presentan los resultados obtenidos a partir de estudios relacionados con la estructura y función de glucogenina y GBE, dos de los tres actores principales en la biosíntesis de novo del glucógeno. En particular, en este trabajo de tesis doctoral se profundizó en el conocimiento acerca del mecanismo por el cual la autoglucosilación de glucogenina genera el oligoglucano necesario para que se inicie la biosíntesis de novo del glucógeno. Hace unos años se había demostrado que el dímero de glucogenina tiene la capacidad de autoglucosilarse mediante un mecanismo de glucosilación intersubunidad, y nuestro lb grupo había aportado evidencias de que el monómero era capaz de autoglucosilarse, sugiriendo que el dímero podía glucosilarse por un mecanismo intrasubunidad. A través del diseño de experimentos que incluyeron la mezcla de mutantes de glucogenina inactivas para la catálisis o incapaces de funcionar como sustrato aceptor de glucosa, en este trabajo de tesis doctoral se pudo revelar que ambos mecanismos, intra- e intersubunidad, se complementan en el dímero para alcanzar el máximo grado de autoglucosilación. También se analizó la posibilidad de que el monómero de glucogenina sea capaz de generar un oligoglucano que pueda ser utilizado como sustrato por las enzimas GS y GBE para dar lugar a una nueva molécula de glucógeno madura. En el caso de la enzima ramificante del glucógeno es menor la cantidad de datos de que se dispone acerca de su mecanismo de acción, y muchos de los informes al respecto corresponden a enzimas de la familia de glicosil hidrolasas GH13, a la que pertenece GBE, tales como a-amilasas e isoamilasas. Los estudios bioquímicos y cinéticos de GBE publicados hasta el momento fueron realizados con enzimas de origen bacteriano, y algunos de origen vegetal para el caso de la enzima ramificante del almidón (SBE). En el segundo capítulo se presentan los primeros resultados de la caracterización de GBE humana, que incluyen el perfil de la longitud de las ramas que genera y un estudio cinético de la reacción que cataliza. Por último, se abordó un enfoque bioinformático para tratar de develar el interrogante acerca de cuál es la estructura que glucogenina debe adoptar para superar la distancia de 12-20 A que separa a la tirosina aceptora del UDP-glucosa, y así lograr la incorporación de la primera glucosa que da comienzo a la reacción de autoglucosilación. Para llevar a cabo esto se utilizaron simulaciones de dinámica molecular guiada, con lo que se consiguió obtener detalles a nivel atómico de las interacciones que podrían ser responsables para que el cambio conformacional tenga lugar.Fil: Issoglio, Federico Matías. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina

Crystal structure and mutational analysis of the human TRIM7 B30.2 domain provide insights into the molecular basis of its binding to glycogenin-1

Tripartite motif (TRIM)7 is an E3 ubiquitin ligase that was first identified through its interaction with glycogenin-1 (GN1), the autoglucosyltransferase that initiates glycogen biosynthesis. A growing body of evidence indicates that TRIM7 plays an important role in cancer development, viral pathogenesis, and atherosclerosis and, thus, represents a potential therapeutic target. TRIM family proteins share a multidomain architecture with a conserved N-terminal TRIM and a variable C-terminal domain. Human TRIM7 contains the canonical TRIM motif and a B30.2 domain at the C terminus. To contribute to the understanding of the mechanism of action of TRIM7, we solved the X-ray crystal structure of its B30.2 domain (TRIM7B30.2) in two crystal forms at resolutions of 1.6 Å and 1.8 Å. TRIM7B30.2 exhibits the typical B30.2 domain fold, consisting of two antiparallel β-sheets of seven and six strands, arranged as a distorted β-sandwich. Furthermore, two long loops partially cover the concave face of the β-sandwich defined by the β-sheet of six strands, thus forming a positively charged cavity. We used sequence conservation and mutational analyses to provide evidence of a putative binding interface for GN1. These studies showed that Leu423, Ser499, and Cys501 of TRIM7B30.2 and the C-terminal 33 amino acids of GN1 are critical for this binding interaction. Molecular dynamics simulations also revealed that hydrogen bond and hydrophobic interactions play a major role in the stability of a modeled TRIM7B30.2-GN1 C-terminal peptide complex. These data provide useful information that could be used to target this interaction for the development of potential therapeutic agents.Fil: Muñoz Sosa, Christian Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Carrizo Villar, María Eva. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin

Electron transfer pathways from quantum dynamics simulations

This work explores the possibility of simulating an electron transfer process between a donor and an acceptor in real time using time-dependent density functional theory electron dynamics. To achieve this objective, a central issue to resolve is the definition of the initial state. This must be a non-equilibrium electronic state able to trigger the charge transfer dynamics; here, two schemes are proposed to prepare such states. One is based on the combination of the density matrices of the donor and acceptor converged separately with appropriate charges (for example, −1 for the donor and +1 for the acceptor). The second approach relied on constrained DFT to localize the charge on each fragment. With these schemes, electron transfer processes are simulated in different model systems of increasing complexity: an atomic hydrogen dimer, a polyacetylene chain, and the active site of the T. cruzi hybrid type A heme peroxidase, for which two possible electron transfer paths have been postulated. For the latter system, the present methodology applied in a hybrid Quantum Mechanics - Molecular Mechanics framework allows us to establish the relative probabilities of each path and provides insight into the inhibition of the electron transfer provoked by the substitution of tryptophan by phenylalanine in the W233F mutant.Fil: Pedron, Federico Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidade Nova de Lisboa; PortugalFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Scherlis Perel, Damian Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentin

3-Nitrotyrosine and related derivatives in proteins: precursors, radical intermediates and impact in function

Oxidative post-translational modification of proteins by molecular oxygen (O2)- and nitric oxide (•NO)-derived reactive species is a usual process that occurs in mammalian tissues under both physiological and pathological conditions and can exert either regulatory or cytotoxic effects. Although the side chain of several amino acids is prone to experience oxidative modifications, tyrosine residues are one of the preferred targets of one-electron oxidants, given the ability of their phenolic side chain to undergo reversible one-electron oxidation to the relatively stable tyrosyl radical. Naturally occurring as reversible catalytic intermediates at the active site of a variety of enzymes, tyrosyl radicals can also lead to the formation of several stable oxidative products through radical–radical reactions, as is the case of 3-nitrotyrosine (NO2Tyr). The formation of NO2Tyr mainly occurs through the fast reaction between the tyrosyl radical and nitrogen dioxide (•NO2). One of the key endogenous nitrating agents is peroxynitrite (ONOO−), the product of the reaction of superoxide radical (O2•−) with •NO, but ONOO−-independent mechanisms of nitration have been also disclosed. This chemical modification notably affects the physicochemical properties of tyrosine residues and because of this, it can have a remarkable impact on protein structure and function, both in vitro and in vivo. Although low amounts of NO2Tyr are detected under basal conditions, significantly increased levels are found at pathological states related with an overproduction of reactive species, such as cardiovascular and neurodegenerative diseases, inflammation and aging. While NO2Tyr is a well-established stable oxidative stress biomarker and a good predictor of disease progression, its role as a pathogenic mediator has been laboriously defined for just a small number of nitrated proteins and awaits further studies.Fil: Campolo, Nicolás. Universidad de la República; UruguayFil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Bartesaghi Hierro, Silvina María. Universidad de la República; UruguayFil: Radi, Rafael. Universidad de la República; Urugua

Exploring the Catalytic Mechanism of Human Glutamine Synthetase by Computer Simulations

Glutamine synthetase is an important enzyme that catalyzes the ATP-dependent formation of glutamine from glutamate and ammonia. In mammals, it plays a key role in preventing excitotoxicity in the brain and detoxifying ammonia in the liver. In plants and bacteria, it is fundamental for nitrogen metabolism, being critical for the survival of the organism. In this work, we show how the use of classical molecular dynamics simulations and multiscale quantum mechanics/molecular mechanics simulations allowed us to examine the structural properties and dynamics of human glutamine synthetase (HsGS), as well as the reaction mechanisms involved in the catalytic process with atomic level detail. Our results suggest that glutamine formation proceeds through a two-step mechanism that includes a first step in which the γ-glutamyl phosphate intermediate forms, with a 5 kcal/mol free energy barrier and a -8 kcal/mol reaction free energy, and then a second rate-limiting step involving the ammonia nucleophilic attack, with a free energy barrier of 19 kcal/mol and a reaction free energy of almost zero. A detailed analysis of structural features within each step exposed the relevance of the acid-base equilibrium related to protein residues and substrates in the thermodynamics and kinetics of the reactions. These results provide a comprehensive study of HsGS dynamics and establish the groundwork for further analysis regarding changes in HsGS activity, as occur in natural variants and post-translational modifications.Fil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Campolo, Nicolas. Universidad de la República; UruguayFil: Zeida Camacho, Ari Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Grune, Tilman. German Institute of Human Nutrition; AlemaniaFil: Radi, Rafael. Universidad de la República; UruguayFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Bartesaghi Hierro, Silvina María. Universidad de la República; Urugua

Structure and function of crocodilian hemoglobins and allosteric regulation by chloride, ATP, and CO2

Hemoglobins (Hbs) of crocodilians are reportedly characterized by unique mechanisms of allosteric regulatory control, but there are conflicting reports regarding the importance of different effectors, such as chloride ions, organic phosphates, and CO2. Progress in understanding the unusual properties of crocodilian Hbs has also been hindered by a dearth of structural information. Here, we present the first comparative analysis of blood properties and Hb structure and function in a phylogenetically diverse set of crocodilian species. We examine mechanisms of allosteric regulation in the Hbs of 13 crocodilian species belonging to the families Crocodylidae and Alligatoridae. We also report new amino acid sequences for the α- and β-globins of these taxa, which, in combination with structural analyses, provide insights into molecular mechanisms of allosteric regulation. All crocodilian Hbs exhibited a remarkably strong sensitivity to CO2, which would permit effective O2 unloading to tissues in response to an increase in metabolism during intense activity and diving. Although the Hbs of all crocodilians exhibit similar intrinsic O2-affinities, there is considerable variation in sensitivity to Cl- ions and ATP, which appears to be at least partly attributable to variation in the extent of NH2-terminal acetylation. Whereas chloride appears to be a potent allosteric effector of all crocodile Hbs, ATP has a strong, chloride-independent effect on Hb-O2 affinity only in caimans. Modeling suggests that allosteric ATP binding has a somewhat different structural basis in crocodilian and mammalian Hbs.Fil: Fago, Angela. University Aarhus; DinamarcaFil: Natarajan, Chandrasekhar. University of Nebraska; Estados UnidosFil: Pettinati, Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Hoffmann, Federico G.. Mississippi State University; Estados UnidosFil: Wang, Tobias. University Aarhus; DinamarcaFil: Weber, Roy E.. University Aarhus; DinamarcaFil: Drusin, Salvador Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Storz, Jay F.. University of Nebraska; Estados Unido

Production, homology modeling and mutagenesis studies on GlcH glucose transporter from Prochlorococcus sp. strain SS120

The marine cyanobacterium Prochlorococcus is one of the main primary producers on Earth, which can take up glucose by using the high affinity, multiphasic transporter GlcH. We report here the overexpression of glcH from Prochlorococcus marinus strain SS120 in Escherichia coli. Modeling studies of GlcH using the homologous MelB melibiose transporter from Salmonella enterica serovar Typhimurium showed high conservation at the overall fold. We observed that an important structural interaction, mediated by a strong hydrogen bond between D8 and R141, is conserved in Prochlorococcus, although the corresponding amino acids in MelB from Salmonella are different. Biased docking studies suggested that when glucose reaches the pocket of the transporter and interacts with D8 and R141, the hydrogen bond network in which these residues are involved could be disrupted, favoring a conformational change with the subsequent translocation of the glucose molecule towards the cytoplasmic region of the pmGlcH structure. Based on these theoretical predictions and on the conservation of N117 and W348 in other MelB structures, D8, N117, R141 and W348 were mutated to glycine residues. Their key role in glucose transport was evaluated by glucose uptake assays. N117G and W348G mutations led to 17 % decrease in glucose uptake, while D8G and R141G decreased the glucose transport by 66 % and 92 % respectively. Overall, our studies provide insights into the Prochlorococcus 3D-structure of GlcH, paving the way for further analysis to understand the features which are involved in the high affinity and multiphasic kinetics of this transporter.Fil: Moreno Cabezuelo, José Ángel. Universidad de Córdoba; EspañaFil: del Carmen Muñoz Marín, María. Universidad de Córdoba; EspañaFil: López Lozano, Antonio. Universidad de Córdoba; EspañaFil: Athayde, Diogo. Universidade Nova de Lisboa; PortugalFil: Simón García, Ana. Universidad de Córdoba; EspañaFil: Díez, Jesús. Universidad de Córdoba; EspañaFil: Archer, Margarida. Universidade Nova de Lisboa; PortugalFil: Issoglio, Federico Matías. Universidade Nova de Lisboa; Portugal. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: García Fernández, José Manuel. Universidad de Córdoba; Españ

Kinetics, subcellular localization, and contribution to parasite virulence of a Trypanosoma cruzi hybrid type A heme peroxidase (TcAPx-CcP)

The Trypanosoma cruzi ascorbate peroxidase is, by sequence analysis, a hybrid type A member of class I heme peroxidases [TcAPx-cytochrome c peroxidase (CcP)], suggesting both ascorbate (Asc) and cytochrome c (Cc) peroxidase activity. Here, we show that the enzyme reacts fast with H2O2 (k = 2.9 × 107 M-1·s-1) and catalytically decomposes H2O2 using Cc as the reducing substrate with higher efficiency than Asc (kcat/Km = 2.1 × 105 versus 3.5 × 104 M-1·s-1, respectively). Visible-absorption spectra of purified recombinant TcAPx-CcP after H2O2 reaction denote the formation of a compound I-like product, characteristic of the generation of a tryptophanyl radical-cation (Trp233•+). Mutation of Trp233 to phenylalanine (W233F) completely abolishes the Cc-dependent peroxidase activity. In addition to Trp233•+, a Cys222-derived radical was identified by electron paramagnetic resonance spin trapping, immunospin trapping, and MS analysis after equimolar H2O2 addition, supporting an alternative electron transfer (ET) pathway from the heme. Molecular dynamics studies revealed that ET between Trp233 and Cys222 is possible and likely to participate in the catalytic cycle. Recognizing the ability of TcAPx-CcP to use alternative reducing substrates, we searched for its subcellular localization in the infective parasite stages (intracellular amastigotes and extracellular trypomastigotes). TcAPx-CcP was found closely associated with mitochondrial membranes and, most interestingly, with the outer leaflet of the plasma membrane, suggesting a role at the host-parasite interface. TcAPx-CcP overexpressers were significantly more infective to macrophages and cardiomyocytes, as well as in the mouse model of Chagas disease, supporting the involvement of TcAPx-CcP in pathogen virulence as part of the parasite antioxidant armamentarium.Fil: Hugo, Martín. Universidad de la República; UruguayFil: Martínez, Alejandra. Universidad de la República; UruguayFil: Trujillo, Madia. Universidad de la República; UruguayFil: Estrada, Damián. Universidad de la República; UruguayFil: Mastrogiovanni, Mauricio. Universidad de la República; UruguayFil: Linares, Edlaine. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Augusto, Ohara. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Issoglio, Federico Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Zeida Camacho, Ari Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Heijnen, Harry F. G.. University Medical Center; Países BajosFil: Piacenza, Lucía. Universidad de la República; UruguayFil: Radi, Rafael. Universidad de la República; Urugua