Estudos de reconhecimento biomolecular por eletroforese capilar

• Main Author: Sandro Hillebrand
• Other Authors: Emanuel Carrilho
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2005
• Subjects: Bioanalyzer; EMSA; Fatores de transcrição; GDP; GTP; GTPases; Interações DNA-proteína; Septinas; DNA-protein interaction; GTP-ase; Modility-shift; Septines; Transcription factors
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-19092007-141027/

Esta tese trata do desenvolvimento de métodos bioanalíticos, baseados na técnica de eletroforese capilar, para duas aplicações distintas: a análise de complexos formados pela ligação entre proteínas e DNA e detecção e monitoramento de hidrólise de GTP catalisada por enzimas. No primeiro capítulo descreve-se uma investigação sobre a viabilidade de ensaios tipo EMSA (?electrophoretic mobility shift assay?) em chips com microcanais para eletroforese. Os fatores de transcrição purificados c-Jun(AP1) e p-50(NFkB) foram usados nos estudos de ligação a sondas de DNA fita dupla contendo as seqüências consenso de ligação dos fatores AP1, NFkB e AP2. As sondas de DNA sintéticas continham como modificação a marcação com o corante fluorescente Cy5 ligado à extremidade 5?, sendo que as mesmas seqüências não marcadas foram usadas para experimentos de competição. Ensaios tipo EMSA em chip puderam ser realizados em cerca de 2 h com baixo consumo de amostra e sem a necessidade de usar marcação com material radioativo. A sondas de DNA e os complexos formados nas reações de ligação foram analisados no Bioanalyzer usando tanto o procedimento padrão para a análise de DNA quanto um protocolo modificado. Nesta modificação não foi usado corante de intercalação mas 4,9 nM de Cy5-dCTP que foi adicionado ao gel, permitindo apenas a detecção de DNA previamente marcado. Apesar da necessidade de ajustes no método para cada proteína testada, foi mostrado o potencial de se substituir o método de EMSA em gel por métodos baseados em eletroforese em chip. Um experimento de competição foi realizado com sucesso mostrando a ligação do fator de transcrição p-50 à sonda contendo a seqüência consenso NFkB. Este experimento foi considerado como prova de princípio para a hipótese estudada. No segundo capítulo relata-se o desenvolvimento de um método para a detecção e monitoramento in vitro de atividade nucleotídeo-trifosfatase. O método que se mostrou robusto e reprodutível foi aplicado para investigar a atividade GTPase de uma proteína recombinante contendo o domínio catalítico de uma septina humana SEPT4 / Bradeiona (GST-rDGTPase). O exemplo de aplicação demonstra que a técnica de eletroforese capilar pode substituir o método tradicionalmente usado com marcação radioativa para detecção de atividade GTPase inclusive em estudos de cinética enzimática. Os parâmetros cinéticos determinados para a GST-rDGTPase foram: vmax = 1.7 μ M min-1 ± 0.1 and Km = 1.0 mM ± 0.3; kcat = 9 x 10-3 SM-1. O efeito de co-fatores como Mg2+ and Mn2+ também foi estudado. O método analítico descrito também se mostrou útil para a análise de di- e trifosfatos de outros nucleotídeos. === This Thesis concerns on the development of capillary electrophoresis-based bioanalytical methods for two distinct applications: DNA-protein binding analysis and monitoring of enzyme-catalyzed GTP hydrolysis. In the first chapter, the feasibility of on-chip electrophoretic mobility-shift assays (EMSA) is investigated. Purified transcription factors c-Jun(AP1) and p-50(NFkB) were used for binding studies to dsDNA probes containing the consensus sequences from AP1, NFkB and AP2 regulatory sequences. DNA probes were modified at the 5?-end with the Cy5 and unlabeled oligos were used for competition experiments. On-chip-EMSA could be carried out within ca. 2 h with low sample consumption and no need to handle radioactive material. Both, the dsDNA probes and the shifted oligos from binding reactions were analyzed on the ?2100 Bioanalyzer? using either, the standard procedure for DNA analysis or a modified protocol, in which no intercalating dye was used. Instead, 4.9 nM Cy5-dCTP was added to the gel matrix allowing the detection of only Cy5-labeled DNA. Despite the need of specific adjustments for each protein, we have shown the potential for replacing slab gel-based EMSA for on-chip methods. A competition experiment to show sequence specific binding of the transcription factor p-50 to the consensus sequence NFkB is presented as a proof of principle. In chapter II, a capillary electrophoresis-based method for in vitro detection and monitoring of nucleotide-triphosphatase activity is described. This robust and reproducible method was used to investigate GTPase activity of a recombinant protein construct containing the catalytic domain of Human SEPT4 /Bradeion ? (GST-rDGTPase). The application example demonstrates that the capillary electrophoresis technique can replace classical radioactive methods for GTPase activity assays and may be used as a routine analytical tool. Enzyme kinetics of GST-rDGTPase was studied and yielded the following kinetic parameters: vmax = 1.7 μM min-1 ± 0.1 and Km = 1.0 mM ± 0.3; kcat = 9 x 10-3 s-1. In addition the effect of co-factors such as Mg2+ and Mn2+ in the catalytic activity was investigated. The described analytical method was also shown to be useful to analyze di- and triphosphated forms of other nucleotides.