Expression and characterization of proteins involved in the mTOR kinase pathway and bacterial cell division

Orientador: Ana Carolina de Mattos ZeriDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A mTOR é uma via de sinalização muito conservada que controla o crescimento celular em resposta à presença de nutrientes e fatores de crescimento. A desregulação dessa via em humanos está relacionada a doenças como câncer e diabetes. A quinase TOR é ativada na presença de aminoácidos e recentemente descobriu-se que as pequenas GTPases da família Rag são mediadoras da sinalização por Leucina. Essas GTPases são ancoradas na superfície do lisossomo por meio da interação com um complexo de três proteínas denominado Ragulator. Esse complexo também ancora um braço da via das MAPKs (MEK-ERK) aos lisossomos. O entendimento deste complexo pode nos ajudar a elucidar doenças em que a via da mTOR se encontra desregulada. Neste trabalho obtivemos o complexo Ragulator, através da expressão da proteína p18 em corpos de inclusão e sua renaturação através da adição de suas parceiras Mp1/p14 à diálise. Foram realizados estudos biofísicos com a intenção de caracterização do complexo, entretanto o alto grau de dissociação do mesmo resultou em certa dificuldade para caracterizá-lo completamente. Neste trabalho caracterizamos os agregados formados pela p18 e conseguimos reduzir sua formação através de diálise contendo agente redutor e suas proteínas parceiras. A renaturação da p18 na presença de MP1/p14 favoreceu seu rendimento, indicando a interação entre estas proteínas, porém não foi possível estabilizar o complexo Ragulator O estudo da divisão bacteriana é centralmente dependente de FtsZ, um homólogo procariótico das tubulinas. FtsZ desencadeia a divisão ao formar o "anel Z", uma estrutura supramolecular constituída por polímeros de FtsZ que circunda o interior da célula e funciona como arcabouço do aparato de divisão. A formação do anel Z é regulada por moduladores, proteínas que afetam tanto negativamente como positivamente a capacidade de FtsZ polimerizar-se. A proteína MinC é um inibidor da polimerização de FtsZ, recrutada por MinD para a face interna da membrana plasmática, onde o complexo MinCD exerce sua função. MinCD representa um inibidor sítio-específico da polimerização da FtsZ, previnindo a formação do anel Z nos pólos das células mas permitindo que isto aconteça na região central. A elucidação deste processo seria de grande valia para o desenho racional de inibidores da divisão bacteriana. Neste trabalho, comprovamos a interação entre MinC e FtsZ por Ressonância Magnética Nuclear. Estes proteínas não se encontravam em sua forma monomérica e o alto peso molecular do complexo impossibilitou a identificação dos aminoácidos envolvidos nesta interação, devido a limites da técnica 15NHSQC. No momento, a proteína MinC está sendo expressa em presença de deutério, o que aumenta significativamente o limite da técnica de 15NHSQC. Foram realizados ainda estudos biofísicos com intuito de caracterização da interaçãoAbstract: The mTOR signaling pathway is a very well conserved pathway that controls cell growth in response to the presence of nutrients and growth factors. Deregulation of this pathway in humans is related to diseases like cancer and diabetes. The TOR kinase is activated in the presence of amino acids and it was recently discovered that the Rag small GTPases family are mediators of signaling by Leucine. These GTPases are anchored on the surface of the lysosome through interactions with a complex of three proteins called Ragulator. This complex also anchors an arm of the pathway of MAPKs (MEK-ERK) to lysosomes. Understanding this can help us to elucidate complex diseases in which the mTOR pathway is upregulated. In this work, the Ragulator complex was obtained through the expression of p18 protein in inclusion bodies and their refolding by adding their partners MP1/p14 to dialysis. Biophysical studies were conducted with the intention of characterizing the complex, however its high degree of dissociation resulted in some difficulty to characterize it completely. In this work we characterized the aggregates formed by p18 and managed reduce its formation by dialysis containing reducing agent and its partner proteins. The p18 renatuation with MP1/p14 improve its yield, indicating interaction among these proteins, however the Ragulator complex wasn't stabilized. The study of bacterial division is centrally dependent on FtsZ, a prokaryotic homologue of tubulin. FtsZ triggers the division to form the "Z ring", a supramolecular structure consisting in FtsZ polymers that surrounds the cell and acts as a frame of the division apparatus. The formation of the Z ring is regulated by modulators, proteins that affect both negatively and positively the ability of FtsZ to polymerize. The MinC protein is an inhibitor of FtsZ polymerization, recruits MinD to the inner surface of the plasma membrane, where the complex MinCD exerts its function. MinCD is an inhibitor of site-specific polymerization of FtsZ, preventing the formation of the Z ring at the poles of the cells but allowing this to happen in the central region. The elucidation of this process would be invaluable for the rational design of bacterial division inhibitors. In this work, we confirmed the interaction between MinC and FtsZ by Nuclear Magnetic Resonance. These proteins were not in their monomeric form and the high molecular weight of the complex prevented the identification of the amino acids involved in this interaction, due to limitations of the 15NHSQC technology. At present, the MinC protein is being expressed in the presence of deuterium, which significantly increases the limit of this technique 15NHSQC. Biophysical studies were also performed with the aim of characterizing the interactionMestradoBioquimicaMestre em Biologia Funcional e Molecula