A peçonha de anêmonas do mar é uma fonte conhecida de compostos bioativos, incluindo peptídeos, que atuam em canais voltagem-dependentes. Foram descritos 4 tipos de neurotoxinas de anêmonas do mar, que atuam em canais NaV e 4 tipos que atuam em canais KV. Essas toxinas têm permitido discriminar subtipos de canais voltagem-dependentes, estreitamente relacionados, e constituem poderosas ferramentas para estudar o funcionamento e estrutura desses canais. Neste estudo, foram isolados e caracterizados três peptídeos da fração neurotóxica da anêmona do mar Anthopleura cascaia. Esses peptídeos foram nomeados como AcaIII1425, AcaIII2970 e AcaIII3090, onde Aca faz referência a espécie e os números seguem os resultados obtidos nas etapas de purificação. A peçonha foi extraída por meio de estímulos elétricos e purificada por gel-filtração (Sephadex G-50) e fase reversa por HPLC (C-18). As massas moleculares foram obtidas por meio de MALDI-TOF, apresentando 3337,4 Da para a AcaIII1425, 4881,7 Da para a AcaIII2970 e 4880,5 Da para AcaIII3090. Através da técnica de voltage-clamp, esses peptídeos foram testados em diferentes subtipos de canais NaV e KV expressados em ovócito de Xenopus. As toxinas AcaIII2970 e AcaIII3090 retardam, de maneira seletiva, a inativação rápida dos subtipos rNaV1.3, mNaV1.6 e hNaV1.5, enquanto que as outras isoformas testadas permaneceram inalteradas. É importantemente salientar que, a AcaIII2970 e AcaIII3090 também foram examinadas no canal de inseto DmNaV1, revelando uma clara \"filo-seletividade\" na eficácia da atividade das toxinas. A AcaIII2970 e AcaIII3090 inibem fortemente a inativação do canal NaV de inseto, resultando em um aumento na amplitude do pico da corrente e removendo completamente a inativação rápida. Para quantificarmos essa \"filo-seletividade\", foram construídas curvas da dependência da concentração no retardo da inativação induzida pelas toxinas AcaIII2970 e AcaIII3090 nos canais em que apresentaram maior eficácia. Os IC50 foram obtidos após a plotagem dos dados em uma curva sigmoidal. Para a AcaIII2970, os seguintes valores de IC50 foram obtidos: DmNaV1 = 162,19 ± 11,22 nM, mNaV1.6 = 645,92 ± 18,52 nM, rNaV1.3 = 572,56 ± 44,96 nM. Para a AcaIII3090, os seguintes valores de IC50 foram obtidos: DmNaV1 = 99,03 ± 9,25 nM, mNaV1.6 = 158,30 ± 33,86 nM, rNaV1.3 = 371,60 ± 6,48 nM. A AcaIII1425 atua, bloqueando, de modo seletivo os subtipos rKV1.1, rKV1.6 e rKV4.3, enquanto que as outras isoformas testadas permaneceram inalteradas. Devido à maior especificidade da toxina AcaIII1425 pelos subtipos rKV1.1 e rKV1.6, foram realizados ensaios de bloqueio da corrente do canal em função da concentração da toxina (curva dose-resposta). Os valores de IC50 para os subtipos rKV1.1 e rKV1.6 são de 7642,98 ±1601,65 nM e 241,65 ±4,27 nM, respectivamente. Desta forma, a AcaIII1425 é cerca de 32 vezes mais potente em canais do subtipo rKV1.6 do que em relação aos canais do subtipo rKV1.1. A estrutura primária das toxinas foram determinadas por degradação de Edman. A sequência parcial da AcaIII2970 e AcaIII3090 revelou que estas são similares a toxinas de canal de sódio do tipo1 de anêmonas do mar. A sequência completa da AcaIII1425 não apresenta similaridade com toxinas de anêmonas do mar, mas é similar a toxinas de Conus e aranha que possuem um motivo estrutural conhecido como ICK. Dessa forma, propomos que a AcaIII1425 seja um novo grupo de toxinas de anêmonas do mar que bloqueiam KV. Dado o ineditismo da toxina AcaIII1425, foram feitos experimentos in silico para obtermos um maior refinamento do mecanismo de interação entre a toxina e o canal rKV1.6. Estes experimentos indicaram que diferentes regiões dos canais KV são importantes para a seletividade e potência da toxina, corroborando com as propostas que vem sendo descritas / The venom of sea anemones is a known source of bioactive compounds, including peptides that act on voltage-gated ion channels. Four types of neurotoxins from sea anemones, acting on NaV channels, and four types acting on KV channels, have been reported. These toxins have developed the ability to discriminate closely related subtypes of voltage-gated channels, making them powerful tools to studying the function and structure of these channels. In this study, we isolated and characterized three peptides of the neurotoxic fraction from the venom of the sea anemone Anthopleura cascaia. These peptides were named as AcaIII1425, and AcaIII2970 AcaIII3090, where Aca refers to the species and the following numbers refer to results obtained in the purification steps. The venom was milked by electric shock and purified by molecular exclusion (Sephadex G-50) and reverse phase HPLC (C-18). Their molecular weights are 3337.4 Da to AcaIII1425, 4881.7 Da to AcaIII2970 and 4880.5 Da to AcaIII3090, obtained through a MALDI-TOF. Using the voltage-clamp technique, we have assayed the effects of these peptides on different subtypes of NaV and KV channels expressed in Xenopus oocytes. AcaIII2970 and AcaIII3090 toxins selectively slow down the fast inactivation of rNaV1.3, mNaV1.6 and hNaV1.5 subtypes, while the other mammalian isoforms remained unaffected. Importantly, AcaIII2970 and AcaIII3090 were also examined in insect DmNaV1 channel, revealing a clear phyla-selectivity with regards to the efficacy of the toxin. AcaIII2970 and AcaIII3090 strongly inhibit the inactivation of the insect NaV channel, resulting in an increase in the amplitude of the peak current, and complete removal of the fast and steady-state inactivation. In order to quantify this \"phyla-selectivity\", curves of the concentration dependence of the delayed inactivation induced by AcaIII2970 and AcaIII3090 toxins channels with higher efficacy, were built. After plotting the data on a sigmoidal curve the IC50 values were obtained. For AcaIII2970, the following IC50 values were obtained: DmNaV1 = 162.19 ± 11.22 nM, mNaV1.6 = 645.92 ± 18.52 nM and rNaV1.3 = 572.56 ± 44.96 nM. For AcaIII3090, the following IC50 values were obtained: DmNaV1 = 99.03 ± 9.25 nM, mNaV1.6 = 158.30 ± 33.86 nM and rNaV1.3 = 371.60 ± 6.48 nM. AcaIII1425 acts, selectively, blocking rKV1.1, rKV1.6 and rKV4.3 subtypes, while the others isoforms tested remained unaltered. Due the higher specificity of AcaIII1425 to rKV1.1 and rKV1.6 subtypes, assays were performed to evaluate the blocking channel current versus toxin concentration (dose-response curve). IC50 values for the subtypes rKV1.6 and rKV1.1 are 7642.98 ± 1601.65 nM and 241.65 ± 4.27 nM, respectively. Thus, AcaIII1425 is about 32 times more potent in the rKV1.6 than in the rKV1.1 channel. The primary structure of the toxins was determined by the Edman degradation. The partial sequence of AcaIII2970 and AcaIII3090 revealed that these toxins are similar to the type 1 sodium channel sea anemones neurotoxins. The complete sequence of AcaIII1425 has no similarity with other sea anemone toxins, but is similar to the Conus and spider neurotoxins which have a structural motif known as ICK. Thus, we propose that AcaIII1425 comprises a new group of sea anemones toxins that block KV channels. Given the unprecedented nature of the toxin AcaIII1425, in silico assays were carried out in order to further refining the proposed mechanism underlying the interaction between the toxin and the rKV1.6 channel. The results indicate that, in agreement to what has been proposed elsewhere, different regions of the KV channels are important for the toxin selectivity and potency

Orientadores: Marcos Hikari Toyama, Kléber Luiz de Araújo e Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:34:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moure_MarianaCristinaRodriguez_M.pdf: 1080274 bytes, checksum: a6e3e078955c429c6eb371ccab0b187e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A anémona do mar Bunodosoma caissarum possui mais de 40 proteínas diferentes, como mostrado através da eletroforese 2-D, o que pode levar a uma variedade de efeitos biológicos. Foram investigados também alguns parâmetros farmacológicos, onde se pode verificar a capacidade desta toxina em interagir com modelos de homeostase sanguínea, no caso em particular das agregações plaquetárias, assim como sua capacidade de indução à inflamação, através do edema de pata de rato, onde se observou um aumento de até 400% de modo proporcional a quantidade de material utilizada, sendo o máximo de 12ug/ml. Nos ensaios antibacterianos foi possível observar que o extrato de B caissarum apresentou diminuição de aproximadamente 97% da bactéria Xanihomonas axonopodis. O efeito toxicológico da Bunodosoma caissarum foi estudado através da utilização duas linhagens celulares pancreáticas tumorais RINm5F e RINm5F-Cat (esta última superexpressando a enzima catalase), onde após o período de exposição ao veneno (até 72 h) foi observado um aumento da morte na células RINm5F de modo dose-tempo depentende de até 60%, enquanto que as células RINm5F- Cat não apresentaram diminuição de sua viabilidade celular em nenhuma dose e tempo utilizada, mostrando que a B caissarum poderia causar a morte celular através do aumento do stress oxidativo. A determinação de espécies reativas de oxigênio no meio intracelular foi medido através da fluorescência do DCFH-DA, formados através da incubação com o extrato de B caissarum, mostrando um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio de mais de 100% quando comparadas com as células controle. A análise das principais enzimas antioxidantes mostrou que o extrato de B caissarum causou um aumento da atividade da enzima Cu/ZnSOD, tanto para as células RINm5F controle como para as com superexpressão da enzima catalase (RINm5F. Cat), enquanto que, a atividade da enzima glutationa peroxidase não sofreu nenhuma diferença nas células RINm5F controle ou nas RINm5F.Cat. e a enzima catalase não aumentou na células RINm5F e se manteve alta nas células RINm5F.Cat. Sendo assim, Bc provocou um aumento das espécies reativas de oxigenio, sendo principalmente de oxigênio superóxido. Resumindo, este trabalho visa contribuir de forma modesta ao entendimento da ação de toxinas de anémonas do mar mostrando que a Bunodosoma caissarum possui características antibacteriana, cítotóxica, inflamatório e trombolíticos que podem ser de grande xi interesse biológico e farmacológico, e o possível mecanismo de citotoxicidade B. caissarum em células de mamíferos, que inclui aumento do estresse oxidativo com excessiva produção de peróxido de hidrogênio, pelo menos no caso das células produtoras de insulina / Abstract: Acording to our studies, we could notice that the sea anemone, Bunodosoma caissarum have more than 40 different protein, as showed through the electrophoresis 2-D, what may lead to a variety of biological effects. Also was investigated, some pharmacological parameters where we could confirm the ability of this toxin on interacting with models of blood homeostasis. In particular case of the platelet aggregation, as well as its ability to induce inflammation, trough the edema in rat paw, where we could observe an increased response proportional to the amount of used material. In the antibacterian tests it was possible to observe that the Be extracts presents a decrease in the numbers of severals bacterias in a dose dependent way. The toxicological effect of the Bunodosoma caissarum was studied through the use of two pancreatic tumor cell lines RINm5F and RINm5F-Cat (the last one overexpressing the enzyme catalase), where after the period of exposure to the poison (till 72h), was observed an increase in RINmSF cell death, much greater than when compared with cells RINm5F-Cat, in every doses and administrated time, showing that the Be could cause cell death through the oxidative stress increase. The DCFH-DA test measured the production of reactive oxygen species intracellularly formed by incubation with the Be extract, showing an increase in the production of reactive oxygen species of more than 100% when compared with control cells. The analysis of the main antioxidant enzymes showed that the Be extract caused an increase in enzyme Cu/ZnSOD activities, both cells Rinm5F control and for the overexpression of catalase (RINm5F. Cat), while the glutathione peroxidase did not suffered any difference in RINm5F cell control or in the RINm5F.Cat. and the catalase enzyme did not increase in the RINm5F cells and remained high in cells RINm5F.Cat. So, we could believe that Be caused an increase in the reactive oxygen species, being mainly the oxygen superoxide. Abstracting, this paper aims to contribute modestly to the understanding in molecular level of the sea anemone toxin action, showing that the Bunodosoma caissarum have antibacterial, cytotoxic, inflammatory and thrombolytic characteristics that can be of great biological and pharmacological interest, and the possible mechanism of cytotoxicity of the Bunodosoma caissarum in mammals cell, certainly includes increased oxidative stress with excessive production of hydrogen peroxide, at least in the case of insulin-producing cells / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Luiz Francisco Lembo Duarte, Vera Nisaka Solferini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-09T03:13:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DeCapitani_JoanaDutilh_M.pdf: 5636529 bytes, checksum: 9756e9e22fb0418a7a5cd700c6e0c60d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A riqueza de espécies, abundância, proporção de jovens, crescimento corporal, seleção de microhabitat, diversidade genotípica, variabilidade e estrutura genética de anêmonas-do-mar da região entremarés foram estudados no período de agosto de 2005 a julho de 2006. Cinco espécies foram encontradas e tiveram as suas populações acompanhadas em duas praias do município de São Sebastião, SP: Bunodosoma caissarum, Bunodosoma cangicum, Anthopleura cascaia, Actinia bermudensis e Phyllactis flosculifera. Destas, as mais abundantes foram Bunodosoma caissarum, Bunodosoma cangicum e Anthopleura cascaia. Estas três espécies mostraram oscilações muito grandes em seus tamanhos populacionais, padrão não esperado considerando a longevidade de anêmonas-do-mar. As espécies B. caissarum e B. cangicum mostraram um padrão de recrutamento aparentemente contínuo e pequeno enquanto A. bermudensis e A. cascaia apresentaram um maior número de jovens principalmente na primavera. Não foi verificado um padrão claro de crescimento corporal das espécies estudadas, devido, possivelmente, à variação no número de indivíduos amostrados em cada mês, ou a uma taxa de crescimento muito pequena para ser detectada no período de um ano. Os microhabitats ocupados pelas espécies foram significativamente relacionados às suas preferências, mostrando que a localização espacial não acontece aleatoriamente. Bunodosoma caissarum, B. cangicum e Phyllactis flosculifera foram as espécies escolhidas para as análises genéticas. Cada uma delas teve duas populações amostradas, e as populações de B. caissarum foram também organizadas localmente em subgrupos. As três espécies apresentaram altos valores de diversidade genética e todas as populações apresentaram déficits de heterozigotos. Os valores de diferenciação genética encontrados para B. caissarum (? = 0.039) são significativos, considerando que a espécie apresenta larva planctônica e as populações amostradas estavam separadas por apenas 13 km. Além disso, foi encontrada evidência de estruturação microgeográfica para esta espécie. Bunodosoma cangicum apresentou valores baixos de estruturação genética (? = 0.021) e P. flosculifera valores moderados (? = 0.080). Phyllactis flosculifera e B. cangicum apresentam populações distantes (1000 km e 1300 km, respectivamente) geneticamente conectadas, o que sugere que ambas as espécies tenham larvas com capacidade de dispersão em grandes distâncias. Todos os indivíduos das populações estudadas das três espécies apresentaram genótipos únicos, o que sugere que nenhuma delas tenha reprodução assexuada / Abstract: We studied the richness of species, abundance, proportion of juveniles, growth, microhabitat selection, genotypic diversity, genetic variability and structure of intertidal sea anemones between August 2005 and July 2006. Five species were found and their populations were studied in São Sebastião, SP: Bunodosoma caissarum, B. cangicum, Anthopleura cascaia, Actinia bermudensis and Phyllactis flosculifera. The most abundant ones were Bunodosoma caissarum, B. cangicum and Anthopleura cascaia. These three species showed important oscillations in their populations sizes, a pattern that was not expected considering the long life of sea anemones. Bunodosoma caissarum and B. cangicum showed small and continuous recruitment, while A. bermudensis and A. Cascaia presented a bigger number of juveniles mainly in the spring. A clear pattern of growth was not observed for any of the species studied, probably due to the variation in populations¿ size during the study or it could have been caused by a growth rate too small to be detected in one year time. The microhabitats occupied by all five species were related to their preferences, indicating that the spatial distribution found was not at random. Bunodosoma caissarum, B. cangicum and P. flosculifera were also genetically analyzed. Each one of them had two populations sampled, and the ones of B. caissarum were sampled in subgroups following spatial distribution in situ. All the species showed high levels of genetic diversity and all the populations presented a deficit of heterozygotes. The values of genetic differentiation found for B. caissarum (? = 0.039) are significant given the long-lived planktonic larva of the species and the small distance between the samples (13 km) and we also found evidence of microgeographic structuring in this species. Bunodosoma cangicum showed low levels of genetic structuring (? = 0.021) while P. flosculifera presented a moderate value of structuring (? = 0.080). Phyllactis flosculifera and B. cangicum present distant populations (1000 km and 1300 km apart, respectively) genetically connected suggesting that both species have larvae capable of good dispersal distances. All of the individuals of the three species showed unique genotypes, suggesting that none of them have asexual reproduction / Mestrado / Ecologia / Mestre em Ecologia

A peçonha de anêmonas do mar é uma fonte conhecida de compostos bioativos, incluindo peptídeos, que atuam em canais voltagem-dependentes. Foram descritos 4 tipos de neurotoxinas de anêmonas do mar, que atuam em canais NaV e 4 tipos que atuam em canais KV. Essas toxinas têm permitido discriminar subtipos de canais voltagem-dependentes, estreitamente relacionados, e constituem poderosas ferramentas para estudar o funcionamento e estrutura desses canais. Neste estudo, foram isolados e caracterizados três peptídeos da fração neurotóxica da anêmona do mar Anthopleura cascaia. Esses peptídeos foram nomeados como AcaIII1425, AcaIII2970 e AcaIII3090, onde Aca faz referência a espécie e os números seguem os resultados obtidos nas etapas de purificação. A peçonha foi extraída por meio de estímulos elétricos e purificada por gel-filtração (Sephadex G-50) e fase reversa por HPLC (C-18). As massas moleculares foram obtidas por meio de MALDI-TOF, apresentando 3337,4 Da para a AcaIII1425, 4881,7 Da para a AcaIII2970 e 4880,5 Da para AcaIII3090. Através da técnica de voltage-clamp, esses peptídeos foram testados em diferentes subtipos de canais NaV e KV expressados em ovócito de Xenopus. As toxinas AcaIII2970 e AcaIII3090 retardam, de maneira seletiva, a inativação rápida dos subtipos rNaV1.3, mNaV1.6 e hNaV1.5, enquanto que as outras isoformas testadas permaneceram inalteradas. É importantemente salientar que, a AcaIII2970 e AcaIII3090 também foram examinadas no canal de inseto DmNaV1, revelando uma clara \"filo-seletividade\" na eficácia da atividade das toxinas. A AcaIII2970 e AcaIII3090 inibem fortemente a inativação do canal NaV de inseto, resultando em um aumento na amplitude do pico da corrente e removendo completamente a inativação rápida. Para quantificarmos essa \"filo-seletividade\", foram construídas curvas da dependência da concentração no retardo da inativação induzida pelas toxinas AcaIII2970 e AcaIII3090 nos canais em que apresentaram maior eficácia. Os IC50 foram obtidos após a plotagem dos dados em uma curva sigmoidal. Para a AcaIII2970, os seguintes valores de IC50 foram obtidos: DmNaV1 = 162,19 ± 11,22 nM, mNaV1.6 = 645,92 ± 18,52 nM, rNaV1.3 = 572,56 ± 44,96 nM. Para a AcaIII3090, os seguintes valores de IC50 foram obtidos: DmNaV1 = 99,03 ± 9,25 nM, mNaV1.6 = 158,30 ± 33,86 nM, rNaV1.3 = 371,60 ± 6,48 nM. A AcaIII1425 atua, bloqueando, de modo seletivo os subtipos rKV1.1, rKV1.6 e rKV4.3, enquanto que as outras isoformas testadas permaneceram inalteradas. Devido à maior especificidade da toxina AcaIII1425 pelos subtipos rKV1.1 e rKV1.6, foram realizados ensaios de bloqueio da corrente do canal em função da concentração da toxina (curva dose-resposta). Os valores de IC50 para os subtipos rKV1.1 e rKV1.6 são de 7642,98 ±1601,65 nM e 241,65 ±4,27 nM, respectivamente. Desta forma, a AcaIII1425 é cerca de 32 vezes mais potente em canais do subtipo rKV1.6 do que em relação aos canais do subtipo rKV1.1. A estrutura primária das toxinas foram determinadas por degradação de Edman. A sequência parcial da AcaIII2970 e AcaIII3090 revelou que estas são similares a toxinas de canal de sódio do tipo1 de anêmonas do mar. A sequência completa da AcaIII1425 não apresenta similaridade com toxinas de anêmonas do mar, mas é similar a toxinas de Conus e aranha que possuem um motivo estrutural conhecido como ICK. Dessa forma, propomos que a AcaIII1425 seja um novo grupo de toxinas de anêmonas do mar que bloqueiam KV. Dado o ineditismo da toxina AcaIII1425, foram feitos experimentos in silico para obtermos um maior refinamento do mecanismo de interação entre a toxina e o canal rKV1.6. Estes experimentos indicaram que diferentes regiões dos canais KV são importantes para a seletividade e potência da toxina, corroborando com as propostas que vem sendo descritas / The venom of sea anemones is a known source of bioactive compounds, including peptides that act on voltage-gated ion channels. Four types of neurotoxins from sea anemones, acting on NaV channels, and four types acting on KV channels, have been reported. These toxins have developed the ability to discriminate closely related subtypes of voltage-gated channels, making them powerful tools to studying the function and structure of these channels. In this study, we isolated and characterized three peptides of the neurotoxic fraction from the venom of the sea anemone Anthopleura cascaia. These peptides were named as AcaIII1425, and AcaIII2970 AcaIII3090, where Aca refers to the species and the following numbers refer to results obtained in the purification steps. The venom was milked by electric shock and purified by molecular exclusion (Sephadex G-50) and reverse phase HPLC (C-18). Their molecular weights are 3337.4 Da to AcaIII1425, 4881.7 Da to AcaIII2970 and 4880.5 Da to AcaIII3090, obtained through a MALDI-TOF. Using the voltage-clamp technique, we have assayed the effects of these peptides on different subtypes of NaV and KV channels expressed in Xenopus oocytes. AcaIII2970 and AcaIII3090 toxins selectively slow down the fast inactivation of rNaV1.3, mNaV1.6 and hNaV1.5 subtypes, while the other mammalian isoforms remained unaffected. Importantly, AcaIII2970 and AcaIII3090 were also examined in insect DmNaV1 channel, revealing a clear phyla-selectivity with regards to the efficacy of the toxin. AcaIII2970 and AcaIII3090 strongly inhibit the inactivation of the insect NaV channel, resulting in an increase in the amplitude of the peak current, and complete removal of the fast and steady-state inactivation. In order to quantify this \"phyla-selectivity\", curves of the concentration dependence of the delayed inactivation induced by AcaIII2970 and AcaIII3090 toxins channels with higher efficacy, were built. After plotting the data on a sigmoidal curve the IC50 values were obtained. For AcaIII2970, the following IC50 values were obtained: DmNaV1 = 162.19 ± 11.22 nM, mNaV1.6 = 645.92 ± 18.52 nM and rNaV1.3 = 572.56 ± 44.96 nM. For AcaIII3090, the following IC50 values were obtained: DmNaV1 = 99.03 ± 9.25 nM, mNaV1.6 = 158.30 ± 33.86 nM and rNaV1.3 = 371.60 ± 6.48 nM. AcaIII1425 acts, selectively, blocking rKV1.1, rKV1.6 and rKV4.3 subtypes, while the others isoforms tested remained unaltered. Due the higher specificity of AcaIII1425 to rKV1.1 and rKV1.6 subtypes, assays were performed to evaluate the blocking channel current versus toxin concentration (dose-response curve). IC50 values for the subtypes rKV1.6 and rKV1.1 are 7642.98 ± 1601.65 nM and 241.65 ± 4.27 nM, respectively. Thus, AcaIII1425 is about 32 times more potent in the rKV1.6 than in the rKV1.1 channel. The primary structure of the toxins was determined by the Edman degradation. The partial sequence of AcaIII2970 and AcaIII3090 revealed that these toxins are similar to the type 1 sodium channel sea anemones neurotoxins. The complete sequence of AcaIII1425 has no similarity with other sea anemone toxins, but is similar to the Conus and spider neurotoxins which have a structural motif known as ICK. Thus, we propose that AcaIII1425 comprises a new group of sea anemones toxins that block KV channels. Given the unprecedented nature of the toxin AcaIII1425, in silico assays were carried out in order to further refining the proposed mechanism underlying the interaction between the toxin and the rKV1.6 channel. The results indicate that, in agreement to what has been proposed elsewhere, different regions of the KV channels are important for the toxin selectivity and potency

Many members of the Phylum Cnidaria are mutualistic with unicellular dinoflagellates belonging to the genus Symbiodinium. Corals are the most widely recognized example of these associations due to their key ecological importance in coral reef ecosystems where they serve as the structural and trophic foundation of these rich ecosystems. Coral reefs are severely threatened by human activities worldwide and are at great risk from global climate change, in particular the increase in seasurface temperatures. Detailed knowledge of how corals respond to stress is scarce. The most serious and immediate response of corals to environmental stress is a process referred to as coral bleaching (a.k.a. cnidarian bleaching). Nevertheless, the cellular and molecular processes by which elevated temperatures elicit the bleaching response are poorly understood. This dissertation deals with this important question by describing two mediators of cnidarian bleaching in the model symbiotic tropical sea anemone Aiptasia pallida (Verril), namely nitric oxide and cyclophilin. After an introduction to the topic of cnidarian-algal symbioses and cnidarian bleaching (Chapter 1), I present results from a study describing the involvement of nitric oxide (NO) in the anemone A. pallida (Chapter 2). Elevated temperature as well as oxidative stress induces production of NO and exposure of A. pallida to NO induces bleaching at non-stressful temperatures. Co-incubation with an NO scavenger suppresses bleaching. I propose that the host up-regulates NO production in response to elevated oxidative stress and that this situation leads to cytotoxicity and bleaching. Chapter 3 examines the role of cyclophilin from A. pallida in the regulation of the symbiosis. Cyclophilins belong to a highly conserved family peptydyl-prolyl cistrans isomerases (PPIases). Incubation of A. pallida with cyclosporin A (CsA), a potent inhibitor of cyclophilin resulted in bleaching and a decrease in tolerance to elevated temperatures. Protein extracts from A. pallida exhibited CsA-sensitive PPIase activity. Laser scanning confocal microscopy using superoxide and nitric oxide-sensitive fluorescent dyes on live A. pallida revealed that CsA strongly induced the production reactive oxygen species as well as NO. We tested weather the CsAsensitive isomerase activity is important for maintaining the activity of the antioxidant enzyme superoxide dismutase (SOD). SOD activity of protein extracts was not affected by pre-incubation with CsA in vitro. In Chapter 4 I review what is known about the molecular and cellular mechanisms of bleaching and describe a model of bleaching based on the results presented herein as well as studies of non-cnidarian models. / Graduation date: 2007

Thesis: Ph. D., Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2019 / Cataloged from PDF version of thesis. / Includes bibliographical references. / Under global climate change, our oceans are warming at an unprecedented rate. Increased temperatures represent a severe source of stress for many marine organisms. This thesis aims to understand how corals and anemones respond to changing temperatures across different timescales and investigates mechanisms that can facilitate persistence in light of environmental change, from selection and adaptation across generations to phenotypic plasticity within a single individual's lifespan. In this context, I explore three case studies of thermal stress in corals and anemones. I begin with massive Porites lobata corals from the central Pacific. Here, reefs that are most affected by El Niflo, such as Jarvis and the northeast Phoenix Islands maintain genetic diversity indicating recruitment from nearby reefs may occur. Yet, they show significant genetic differentiation (FsT) from farther areas, suggesting this dispersal may be limited. / Thermal variability in this region may also favor plasticity over adaptation, as we do not find differences in bleaching histories among genetic groups. Next, I investigate genetic connectivity and adaptation to chronically elevated temperatures across a natural temperature gradient within the Palauan archipelago. Combining genetic data and historical growth measurements from coral cores, I find that Palau's warmest reefs harbor unique genetic subpopulations of Porites lobata and find evidence for a genetic basis of their higher thermal tolerance. Lastly, I explore if parents can modulate parental effects to increase the thermal tolerance of their offspring over short time scales, using the estuarine anemone Nematostella vectensis. Indeed, I find parents exposed to increased temperatures quickly produce more thermally tolerant larvae. In fact, offspring from these Massachusetts parents show thermal thresholds that are indistinguishable from more southern populations. / This thesis highlights the ability and potential of corals and anemones to persist under variable conditions over different timescales. Nevertheless, a compelling effort to reduce rates of warming worldwide will be imperative to the survival and integrity of key marine ecosystems such as coral reefs. / Funding for this research came from the National Science Foundation (Awards OCE- 1537338, OCE-1605365, OCE-1220529, and OCE-1031971), the Link Foundation, Bermuda Institute of Ocean Sciences Grants-in-Aid, the Tiffany & Co. Foundation, the Nature Conservancy, the Dalio Foundation, Inc., through the Dalio Explore Fund, and Ray Dalio through the WHOI Access to the Sea Fund, all to Anne Cohen; and a Gordon and Betty Moore Foundation grant (#4033) to Ann Tarrant / by Hanny Elizabeth Rivera. / Ph. D. / Ph.D. Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering; and the Woods Hole Oceanographic Institution)

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A peçonha das anêmonas do mar é uma fonte de compostos bioativos, incluindo toxinas peptídicas que são ferramentas para o estudo da estrutura e função dos canais voltagem dependentes de K+ (KV). Neste trabalho, quatro neurotoxinas foram purificadas da peçonha das anêmonas do mar Actinia bermudenesis e Bunodosoma caissarum. AbeTx1 e BcsTx4 possuem um motivo estrutural semelhante à das \"kappa-toxinas\" e análises funcionais e estruturais permitiram concluir que são os primeiros membros de um novo (tipo 5) de neurotoxinas de anêmonas do mar que atuam em canais KV. Por sua vez, a similaridade estrutural das toxinas BcsTx 1 e BcsTx2 nos permitiu inferir que estas são membros do já descrito tipo 1 (subtipo 1b) de neurotoxinas de anêmona que também atuam em canais KV. A caracterização funcional foi realizada utilizando-se diferentes subtipos de canais KV, expressos em ovócitos de Xenopus laevis e as medidas eletrofisiológicas foram feitas empregando-se a técnica de \"voltage-clamp\" com dois microelétrodos. AbeTx1, BcsTx1 e BcsTx2 (3 μM) apresentaram uma seletividade de atividade para os subtipos de KV1.1-KV1.3, KV1.6 e Shaker IR, ao passo que a BcsTx4 (3 μM) é somente capaz de bloquear a corrente dos subtipos de KV1.1, KV1.2 e KV1.6. Os mecanismos de ação envolvidos na seletividade da atividade e na potência com que estas se ligam aos seus alvos biológicos foram discutidos com base nos resultados obtidos e análises fisiológicas permitiram propor que estas toxinas atuam como \"armas\" para defesa contra predadores e/ou para captura de presas / The sea anemones venom is a rich source of bioactive compounds, including peptide toxins which are tools for studying the structure and function of voltage-dependent channels K+ (KV). In this work, four neurotoxins were purified from the venom of the sea anemones Actinia bermudenesis and Bunodosoma caissarum. AbeTx1 and BcsTx4 have a structural motif similar to that of kappa-toxins and functional and structural analysis showed that they are the first members of a new type (type 5) of sea anemone neurotoxins acting on KV channels. Moreover, the structural analysis of BcsTx1 and BcsTx2 toxins allowed us to conclude that they are members of the previously described type 1 (subtype 1b) of sea anemone neurotoxins. Functional characterization was performed by means of a wide electrophysiological screening on different KV channels using oocytes of Xenopus laevis and electrophysiological measurements were performed employing the voltage-clamp technique. AbeTx1, BcsTx1 and BcsTx2 (μM) showed a selective activity for KV1.1-KV1.3, KV1.6 and Shaker IR, while BcsTx4 (3 μM) only blocks KV1.1, KV1.2 and KV1.6. The mechanisms involved in potency and selectivity were discussed based on the results obtained and physiological analyses have provided new insights on the role of these toxins in the physiology of the sea anemones