Análise por RMN do perfil metabolómico de proteínas que sofrem agregação e unfolding num sistema modelo de levedura para doenças neurodegenerativas

Abstract

O processo de folding das proteínas é vital para a homeostase celular, por isso os organismos têm sistemas altamente desenvolvidos para degradação de proteínas misfolded. No entanto, quando esses sistemas funcionam mal a viabilidade celular e do organismo podem ser comprometidas, levando ao desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, caracterizadas pela presença de agregados proteicos. Atualmente, uma parte da investigação nesta área está focada no estudo da base molecular deste tipo de agregados e consequente identificação de novos alvos terapêuticos com vista ao desenvolvimento de soluções terapêuticas inovadoras. Estudos anteriores mostraram que a sobre-expressão de proteínas relacionadas a ELA (OPTN, TDP e FUS) num sistema modelo de levedura resulta num crescimento mais lento em comparação aos controlos. Além disso foram também verificadas diferenças nos perfis metabólicos. Para determinar se as respostas metabólicas são devido a perturbações específicas do metaboloma das proteínas relacionadas com ELA ou se são respostas gerais não específicas a qualquer proteína agregada ou unfolded sobre-expressa, neste projeto foram usadas 3 variantes de lisozima humana sobre-expressa em S. cerevisiae Y7092 (wild-type, no estado unfolded (T70N) e no estado propenso à agregação (I56T)) e obtidos os respetivos perfis metabólicos por RMN. Os resultados da sequenciação indicaram que a variante T70N não tinha sido inserida no plasmídeo de expressão. A toxicidade da lisozima sobre-expressa foi determinada usando spot tests. Nas curvas de crescimento verificou-se que existia uma diferença entre as variantes. Para obter o perfil metabólico por RMN, as células foram cultivadas a 30ºC em galactose e recolhidas após 72h. Foram utilizados extratos de fase aquosa e os perfis mostraram diferenças metabólicas entre as variantes WT e I56T.

The protein folding process is vital for cellular homeostasis, so organisms have highly developed systems for the degradation of misfolded proteins. However, the misfunction of these systems compromises the viability of the cell and the organism, leading to the development of neurodegenerative diseases, characterized by the presence of protein aggregates. Currently, part of the research in the area of neurodegenerative diseases is focused on the study of the molecular basis of this type of aggregates and the consequent identification of new therapeutic targets for the development of innovative therapeutic solutions. Previous experiments have found that overexpressing proteins related to ALS (OPTN, and TDP while FUS), in a yeast model system, results in slower growth compared to controls. Differences in metabolic profiles are also seen. In order to determine whether metabolic responses are due to ALS protein-specific perturbations of the metabolome or due to general non-specific responses to any overexpressed aggregated or unfolded protein, in this project we used 3 forms of human lysozyme overexpressed in S. Cerevisiae Y7092 (folded wild-type state, an unfolded state (T70N) and an unfolded, aggregation prone state (I56T)) and metabolic profiles were obtained by NMR. Sequencing indicated that the T70N sequence had not been inserted into the expression plasmid. The toxicity of overexpressed lysozyme was determined using spot tests. In the growth curves it was verified that there was difference between the variants. For NMR metabolic profiling cells were grown at 30ºC in galactose and harvested at 72hr. Aqueous phase extracts were used and the profiles indicated that there were subtle metabolic differences between the WT and I56T overexpressing strains.