Purification, kinetics and physical-chemistry characterization of periplaneta americana, Tenebrio molitor and Diatraca saccharalis digestive chymotrypsin

Quimotripsinas (EC 3.4.21.1) são serina proteinases que possuem 245 resíduos de aminoácidos arranjados em dois domínios duplo β-barril, sendo que o sítio ativo está localizado entre esses dois domínios. O estudo da especificidade das endopeptidases foi facilitado pelo conceito de sítio de ligação do substrato, que corresponde ao sítio ativo daquelas enzimas. Porém, sobre as quimotripsinas de insetos, praticamente não existe informação a respeito da especificidade dos diferentes subsítios dessas enzimas. O estudo da especificidade dos subsítios das quimotripsinas dos insetos Periplaneta americana, Tenebrio molitor e Diatraea saccharalis apresentaram maior eficiência de hidrólise sobre substratos que apresentam um resíduo Tyr em P1, embora as razões Phe/Tyr para os diferentes insetos sejam bastante variadas. Estas diferenças indicam diferentes especificidades para as quimotripsinas de insetos em P1. No entanto, estas diferenças parecem não seguir a posição ocupada pelo inseto na escala evolutiva e são menos evidentes do que as verificadas para as tripsinas dos mesmos insetos, onde há troca de especificidade primária. A quimotripsina de Periplaneta americana como a de Diatraea saccharalis preferencialmente clivam substratos com Pro em P2. Porém, o mesmo não acontece com a quimotripsina de Tenebrio molitor, que apresentou maior kcat/Km para o peptídeo com Ala em P2, essa preferência pode estar relacionada à conformação da Pro que difere dos demais resíduos por ser um iminoácido. Porém, as três quimotripsinas estudadas apresentaram maior kcat/Km para o peptídeo Ile em P3 indicando que esse subsítio possui um papel fundamental na discriminação dessas enzimas por substratos com resíduos de aminoácidos específicos nessa posição. As quimotripsinas de Periplaneta americana e Diatraea saccharalis apresentaram maior kcat/Km pelo peptídeo com Ser em P1\', evidenciando que a presença de um grupo hidroxila na cadeia lateral da Ser e o baixo volume da cadeia lateral do resíduo, torna o subsítio dessas enzimas mais seletivo que a quimotripsina de Tenebrio molitor que apresentou maior kcat/Km pelo peptídeo com Ala. Dessa forma, esse estudo colabora para um melhor conhecimento da especificidade dos subsítios das endopeptidases digestivas de insetos pode dar diretrizes para a purificação ou síntese de inibidores mais eficazes com ação direta nas enzimas digestivas de insetos e serem utilizados na produção de plantas transgênicas ou utilizados como bioinseticidas.Chymotrypsins (EC 3.4.21.1) are serine proteases with 245 amino acids disposed in two double ?-barrel domains, being the active site locate between these two domains. The specificity study of endopeptidases was facilitated by the substrate binding site concept that is the active site of these enzymes. However there is not much information about the subsites specificity of insect chymotrypsins. The specificity study of insects chymotrypsins subsites of Periplaneta americana, Tenebrio molitor and Diatraea saccharalis showed higher substrate hydrolysis efficiency with Tyr in P1, however the Phe/Tyr proportion for different insects are varied. These differences have shown different specificities for insect chymotrypsins in P1. Meanwhile, this difference does not follow the position occupied by insects in evolutive scale, and it is less clear than those showed by the same insect trypsins were there is primary specificity cross. Like Diatraea saccharalis, the Periplaneta americana chymotrypsin breaks the substrate with Pro in P2. Nevertheless the same does not happen to Tenebrio molitor chymotrypsin with the higher kcat/Km for the peptide with Ala in P2, this preference may be related to the different conformation of Pro. The three studied chymotrypsins showed higher kcat/Km for the peptide with Ile in P3, what indicates that this subsite has a key role on these enzymes discrimination for substrates with specific amino acids in this position. The Periplaneta americana and Diatraea saccharalis chymotrypsins presented higher kcat/Km for the peptide with Ser in P1` evidencing that the hydroxyl group side chain presence in Ser and low side chain volume made this subsite more selective than Tenebrio molitor chymotrypsin with higher kcat/Km by Ala peptide. This study collaborates to a best knowledge about the subsite specificities of the insect digestive endopeptidases and the best inhibitors for purification or synthesis with direct action in insect digestive enzymes and to be utilized for transgenic plants or bio-insecticides production

Purification, kinetics and physical-chemistry characterization of periplaneta americana, Tenebrio molitor and Diatraca saccharalis digestive chymotrypsin

Quimotripsinas (EC 3.4.21.1) são serina proteinases que possuem 245 resíduos de aminoácidos arranjados em dois domínios duplo β-barril, sendo que o sítio ativo está localizado entre esses dois domínios. O estudo da especificidade das endopeptidases foi facilitado pelo conceito de sítio de ligação do substrato, que corresponde ao sítio ativo daquelas enzimas. Porém, sobre as quimotripsinas de insetos, praticamente não existe informação a respeito da especificidade dos diferentes subsítios dessas enzimas. O estudo da especificidade dos subsítios das quimotripsinas dos insetos Periplaneta americana, Tenebrio molitor e Diatraea saccharalis apresentaram maior eficiência de hidrólise sobre substratos que apresentam um resíduo Tyr em P1, embora as razões Phe/Tyr para os diferentes insetos sejam bastante variadas. Estas diferenças indicam diferentes especificidades para as quimotripsinas de insetos em P1. No entanto, estas diferenças parecem não seguir a posição ocupada pelo inseto na escala evolutiva e são menos evidentes do que as verificadas para as tripsinas dos mesmos insetos, onde há troca de especificidade primária. A quimotripsina de Periplaneta americana como a de Diatraea saccharalis preferencialmente clivam substratos com Pro em P2. Porém, o mesmo não acontece com a quimotripsina de Tenebrio molitor, que apresentou maior kcat/Km para o peptídeo com Ala em P2, essa preferência pode estar relacionada à conformação da Pro que difere dos demais resíduos por ser um iminoácido. Porém, as três quimotripsinas estudadas apresentaram maior kcat/Km para o peptídeo Ile em P3 indicando que esse subsítio possui um papel fundamental na discriminação dessas enzimas por substratos com resíduos de aminoácidos específicos nessa posição. As quimotripsinas de Periplaneta americana e Diatraea saccharalis apresentaram maior kcat/Km pelo peptídeo com Ser em P1\', evidenciando que a presença de um grupo hidroxila na cadeia lateral da Ser e o baixo volume da cadeia lateral do resíduo, torna o subsítio dessas enzimas mais seletivo que a quimotripsina de Tenebrio molitor que apresentou maior kcat/Km pelo peptídeo com Ala. Dessa forma, esse estudo colabora para um melhor conhecimento da especificidade dos subsítios das endopeptidases digestivas de insetos pode dar diretrizes para a purificação ou síntese de inibidores mais eficazes com ação direta nas enzimas digestivas de insetos e serem utilizados na produção de plantas transgênicas ou utilizados como bioinseticidas.Chymotrypsins (EC 3.4.21.1) are serine proteases with 245 amino acids disposed in two double ?-barrel domains, being the active site locate between these two domains. The specificity study of endopeptidases was facilitated by the substrate binding site concept that is the active site of these enzymes. However there is not much information about the subsites specificity of insect chymotrypsins. The specificity study of insects chymotrypsins subsites of Periplaneta americana, Tenebrio molitor and Diatraea saccharalis showed higher substrate hydrolysis efficiency with Tyr in P1, however the Phe/Tyr proportion for different insects are varied. These differences have shown different specificities for insect chymotrypsins in P1. Meanwhile, this difference does not follow the position occupied by insects in evolutive scale, and it is less clear than those showed by the same insect trypsins were there is primary specificity cross. Like Diatraea saccharalis, the Periplaneta americana chymotrypsin breaks the substrate with Pro in P2. Nevertheless the same does not happen to Tenebrio molitor chymotrypsin with the higher kcat/Km for the peptide with Ala in P2, this preference may be related to the different conformation of Pro. The three studied chymotrypsins showed higher kcat/Km for the peptide with Ile in P3, what indicates that this subsite has a key role on these enzymes discrimination for substrates with specific amino acids in this position. The Periplaneta americana and Diatraea saccharalis chymotrypsins presented higher kcat/Km for the peptide with Ser in P1` evidencing that the hydroxyl group side chain presence in Ser and low side chain volume made this subsite more selective than Tenebrio molitor chymotrypsin with higher kcat/Km by Ala peptide. This study collaborates to a best knowledge about the subsite specificities of the insect digestive endopeptidases and the best inhibitors for purification or synthesis with direct action in insect digestive enzymes and to be utilized for transgenic plants or bio-insecticides production

Regulation of sugarcane sucrose acummulation and functional analysis of a kinase protein related to sucrose content

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 da família das Poaceae. Sua principal característica é a capacidade de estocar altas concentrações de sacarose no colmo. Devido à sua alta atividade fotossintética, ela consegue converter uma boa parte da radiação solar em biomassa. Assim, ela pode ser considerada um dos melhores modelos para os estudos da relação fonte-dreno. O Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de álcool do mundo, e por isso a cana-de-açúcar é considerada uma das principais culturas atuais. A ausência de informações sobre a sua sequência genômica levou à criação do programa SUCEST no final de 1990, onde foram disponibilizadas aproximadamente 240,000 sequências denominadas ESTs (Expression Sequence Tags), uma cobertura de quase 90% do genoma expresso da cana-de-açúcar. Desta forma, foi possível desenvolver uma plataforma de microarranjo Agilent de oligonucleotídeos com componentes do SUCEST. Por meio do programa de melhoramento da RIDESA e a análise por microarranjos, foi possível a identificação de vias metabólicas que podem estar relacionadas com a regulação do acúmulo de sacarose em cana-de-açúcar, principalmente aquelas que envolvem os fitormônios auxina e etileno. A obtenção de dados agrotecnológicos e de fisiologia permitiu a observação de um trade off metabólico, onde o acúmulo de sacarose parece ocorrer em detrimento do acúmulo de fibra. A obtenção de plantas silenciadas e superexpressando uma quinase da família da SnRK1 levou, através da análise de microrarranjos, a identificação de genes diferencialmente expressos envolvidos no estresse por seca como uma PP2C e deidrina. Nas plantas superexpressando uma SnRK1, há um aumento do conteúdo de sacarose na planta 88, que talvez indique que a superexpressão dessa quinase leve a um aumento do conteúdo de sacarose em cana. Com a obtenção de sequências genômicas acima do sítio de início da transcrição dessa mesma SnRK1, e de uma subunidade regulatória Akinβγ, foi possível identificar por análise computacional sequências conservadas envolvidas na regulação hormonal, resposta à seca e reações de luz, indicando que a transcrição desse gene pode resultar de diferentes respostas da planta. Esse trabalho permitiu novas diretrizes no estudo do acúmulo de sacarose no colmo, indicando que vias de transdução de sinais conservadas, mediadas por hormônios e fosforilação, podem ser as principais responsáveis por esse fenômeno em cana-de-açúcar.The sugarcane is a C4 grass of the Poaceae family. Its main feature is the ability to store high sucrose concentrations in the culm. Due to the elevated photosynthetic activity, it can convert a great portion of solar radiation into biomass. Thus, it can be considered one of the best models for studies of source-sink relationship. Brazil is one of the largest alcohol producers and exporters in the world, and sugarcane is considered one of the main current cultivars. The absence of information about its genome sequence led to the creation of the SUCEST program in late 1990, from which approximately 240,000 sequences called ESTs (Expression Sequence Tags) were made available, with a coverage of almost 90% of the sugarcane expressed genome. Thus, it was possible to develop a microarray platform with Agilent oligonucleotide with SUCEST components. Through the RIDESA improvement program and microarray analysis, it was possible to identify metabolic pathways that may be related to the regulation of sugarcane sucrose accumulation, especially those involving the plant hormones auxin and ethylene. The agro-technological and physiology data allowed the observation of a metabolic trade-off, where the sucrose accumulation appears to occur at the expense of fiber accumulation. The production of plants that are silenced or overexpressing a kinase from SnRK1 family, led by microrarray analysis, allowed the identification of differentially expressed genes that are involved in drought stress, such as a PP2C and dehydrin. In plants overexpressing a SnRK1, there is an increased sucrose content in the plant 88, which may indicate that overexpression of this kinase leads to an increase in leaf sucrose content. After obtaining the genomic sequence above the transcription start site of the same SnRK1, and a regulatory subunit Akinβγ, it was possible to identify by computer analysis conserved sequences involved in regulating hormonal response to dry and light responses, indicating that the gene transcription may arise from different plant responses. This work allowed new guidelines in the study of sucrose accumulation in the culm, suggesting that conserved signal transduction pathways and hormone mediated phosphorylation may be the main reason for this phenomenon in sugarcane

Identification of sense and antisense transcripts regulated by drought in sugarcane

Sugarcane is an important sugar and energy crop that can be used efficiently for biofuels production. The development of sugarcane cultivars tolerant to drought could allow for the expansion of plantations to sub-prime regions. Knowledge on the mechanisms underlying drought responses and its relationship with carbon partition would greatly help to define routes to increase yield. In this work we studied sugarcane responses to drought using a custom designed oligonucleotide array with 21,901 different probes. The oligoarrays were designed to contain probes that detect transcription in both sense and antisense orientation. We validated the results obtained using quantitative real-time PCR (qPCR). A total of 987 genes were differentially expressed in at least one sample of sugarcane plants submitted to drought for 24, 72 and 120 h. Among them, 928 were sense transcripts and 59 were antisense transcripts. Genes related to Carbohydrate Metabolism, RNA Metabolism and Signal Transduction were selected for gene expression validation by qPCR that indicated a validation percentage of 90 %. From the probes presented on the array, 75 % of the sense probes and 11.9 % of the antisense probes have signal above background and can be classified as expressed sequences. Our custom sugarcane oligonucleotide array provides sensitivity and good coverage of sugarcane transcripts for the identification of a representative proportion of natural antisense transcripts (NATs) and sense-antisense transcript pairs (SATs). The antisense transcriptome showed, in most cases, co-expression with respective sense transcripts.Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq)Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq)Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES)Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES

Building the sugarcane genome for biotechnology and identifying evolutionary trends

Sugarcane is the source of sugar in all tropical and subtropical countries and is becoming increasingly important for bio-based fuels. However, its large (10 Gb), polyploid, complex genome has hindered genome based breeding efforts. Here we release the largest and most diverse set of sugarcane genome sequences to date, as part of an on-going initiative to provide a sugarcane genomic information resource, with the ultimate goal of producing a gold standard genome151CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQCOORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPESFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP2009/51632-1; 2009/09217-7; 2008/58243-8; 2009/09116-6; 2011/05317-7; 2008/54201-9sem informação2008/52074-0; 2010/05591-9; 2008/58031-0; 2008/52197-4; 08/52146-