No Brasil, a espécie Tityus serrulatus (Ts) é a responsável pela maioria dos acidentes de envenenamento com escorpiões, bem como pela maior incidência de acidentes ocasionados por animais peçonhentos. Isso ocorre devido ao fato desta espécie possuir somente fêmeas, realizando uma reprodução assexuada (partenogênese), facilitando assim sua proliferação. Atualmente, existem 16 diferentes toxinas descritas provenientes da peçonha de Ts, sendo a Ts1 a mais abundante na peçonha solúvel. Dentre estas toxinas, as neurotoxinas com ação em canais para sódio e potássio são as que despertam maior interesse da comunidade científica, devido aos seus efeitos no envenenamento e especificidades por canais iônicos. As neurotoxinas com ação em canais para potássio são compostas por uma alfa-hélice e três fitas-beta antiparalelas, e são constituídas por 23-43 resíduos de aminoácidos. Essas estão classificadas em quatro famílias (?-, ?-, g- e k-KTx). A família ?-KTx é a de maior relevância e está dividida em 21 subfamílias. Estas toxinas com alta especificidade para diferentes subtipos de canais para sódio e potássio são de extrema importância, pois podem ser utilizadas como ferramentas terapêuticas específicas para células-alvo. Até o momento, nosso grupo realizava o isolamento dessas toxinas utilizando como primeira etapa de purificação a cromatografia da peçonha em coluna de CM-Celulose-52, segundo protocolo descrito por Arantes e colaboradores (1989). O presente trabalho padronizou um novo método de fracionamento inicial da peçonha utilizando a mesma coluna, porém incorporando o uso de CLAE (Cromatografia Liquida de Alta Eficiência), onde foi possível observar um perfil cromatográfico semelhante ao anterior (XIII Frações), porém com maior reprodutibilidade e praticidade. Algumas frações do método anteriormente descrito foram subdivididas em duas (VIA-VIB, VIIIA-VIIIB, IXA-IXB e XIA-XIB), demonstrando que o novo procedimento também apresenta melhor resolução dos componentes da peçonha. Utilizando o novo método, foram purificadas as toxinas Ts6 e Ts7. Os efeitos dessas toxinas foram avaliados em 14 diferentes tipos de canais para potássio (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG e Shaker), expressos em células de oócitos de Xenopus laevis, através da técnica de voltage-clamp com dois microeletrodos. A toxina Ts6 (1?M) demonstrou ter ação em 11 tipos de canais (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG e Shaker), porém nos canais Kv1.2, Kv1.3 e Shaker sua ação bloqueadora foi mais intensa. Através de experimentos de dose-resposta foi possível comprovar tal seletividade, demonstrando que a toxina Ts6 atua em quantidades extremamente baixas em ambos os canais (IC50 Kv1.2 = 6,19 ± 0,35 nM /IC50 Kv1.3 = 0,55 ± 0,20 nM). A toxina Ts7 (1?M) demonstrou ter ação em 11 tipos de canais para K+ (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4 Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv7.1, hERG e Shaker), porém a ação de bloqueio em vários subtipos de canais não apresentou diferenças significativas, mostrando baixa seletividade entre os canais analisados. Este trabalho foi de Resumo ii extrema importância por melhorar a reprodutibilidade, praticidade e resolução do método de fracionamento da peçonha de Ts, bem como por fornecer uma avaliação eletrofisiológica criteriosa das toxinas Ts6 e Ts7 em diferentes subtipos de canais para potássio. O presente estudo demonstra a potencial aplicação da toxina Ts6, seletiva para canais Kv 1.3, para o tratamento de doenças autoimunes. Além disso, indica o uso das toxinas Ts6 e Ts7 como ferramentas para o estudo de características estruturais e funcionais de canais para potássio. / In Brazil, Tityus serrulatus (Ts) species is the responsible for the most scorpion accidents and also for the major incidence of accidents caused by venomous animals. About 16 different toxins of Ts venom have been listed so far, being Ts1 the major one. Among these toxins, the neurotoxins with action on sodium and potassium channels are the most interest in the scientific community, due to their effect in the envenomation and ion channel specificity. The neurotoxins with action on potassium channels are composed of an ?-helix and three ?-strands formed by 23-43 amino acid residues. They are classified into four families (?-, ?-, g- and ?- KTx). The ?-KTx family is the most relevant and is divided into 21 subfamilies. These toxins with high specificity for different subtypes of sodium and potassium channels are very important, because they can be used as therapeutic tools to specific target cells. Until now, the fractionation of these toxins was done using a CM-Cellulose-52 column, according to the protocol of Arantes and co-workers (1989). The present work standardized a new method of isolation using the same column, but incorporated the use of HPLC (High Performance Liquid Chromatography), in which was observed a chromatographic profile such as the previous one (XIII Fractions), however with high resolution and more practical. Some fraction of the previous method were divided in two subfractions (VIA-VIB, VIIIA-VIIIB, IXA-IXB e XIA-XIB), showing that the new method also present high resolution. Using the new method, it was isolated the Ts6 and Ts7 toxin. The effects of these toxins were evaluated in 14 different types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), which were expressed in Xenopus laevis oocytes using the voltage-clamp technique with twomicroelectrodes. The Ts6 toxin (1?M) shows to act on 11 types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), but the blocking of Kv1.2 and Kv1.3 was significantly more intense. Using dose-response experiments, it was possible to confirm this selectivity, in which Ts6 demonstrates to act in both channels in extremely low quantities (IC50 Kv1.2 = 6,19 ± 0,35 nM /IC50 Kv1.3 = 0,55 ± 0,20 nM). The Ts7 toxin (1?M) shows to act on 11 types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), but the blocking action on multiple subtypes channels showed no significant differences, showing low selectivity among the channels analyzed. This work was important to improve and facilitate the method of fractionation of Ts venom, as well as evaluate the electrophysiology properties of the toxins Ts6 and Ts7 of interacting with different types of potassium channels. These studies will be essential for future applications of these toxins as drugs to treat channelpathies or as tools to study potassium channels structurally and functionally.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2110214 bytes, checksum: 4a28fa47726ea0c494b4de5c87f4f054 (MD5) Previous issue date: 2009-11-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Solanum agrarium Sendtner known popularly as babá , gogóia , and melancia da praia . In folk medicine, the decoction of its roots is used as abortive (AGRA, 1991). In a preliminary study, Santos et al. (2003) demonstrated that crude ethanolic extract of aerial parts from S. agrarium (SA-EtOH) showed non-selective spasmolytic activity on guinea-pig ileum and rat uterus. The aim of the study was evaluate on the cytotoxic potential of SA-EtOH in rats erythrocytes and to investigate the spasmolytic action mechanism on guinea-pig ileum and rat uterus. SA-EtOH extract showed moderate hemolytic activity only at concentration of 243 and 500 μg/mL (Emax = 21.2 ± 3.2%). On guinea-pig ileum, SA-EtOH extract inhibited the cumulative concentration-response curves to carbachol (CCh) and histamine, and these were shifted to the right, in a non-parallel manner, with depression of the maximal effect (Emax), suggesting a noncompetitive antagonism. SA-EtOH extract relaxed in a significant and concentration dependent manner the ileum pre-contracted with 40 mM KCl (EC50 = 17.4 ± 3.5 μg/mL), 10-6 M CCh (EC50 = 119.4 ± 24.3 μg/mL) or 10-6 M histamine (EC50 = 18.7 ± 4.6 μg/mL), suggesting that SA-EtOH extract could be acting on voltage-gated Ca2+ channels (Cav). This assumption was confirmed by observation that SA-EtOH extract antagonized the CaCl2 induced contractions in the depolarizing medium without Ca2+. The finding that SA-EtOH extract relaxed (EC50 = 187.2 ± 27.3 μg/mL) the guinea-pig ileum pre-contracted with S-(-)-BAY K8644 suggests that the Ca2+ channel subtype involved is the CaV1. As the SA-EtOH extract was more potent in relaxing the body pre-contracted with KCl than by S-(-)-Bay K8644, it is suggestive of indirect blockade of the Cav1. We decided to investigate the participation of K+ channels in the spasmolytic action of SA-EtOH extract. The relaxation curve induced by SA-EtOH extract was rightward displacement only in the presence of tetraethylammonium (TEA+) 1 mM, this concentration is a selective blocker of the large conductance clacium-activated K+ channels (BKca) (EC50 = 37.7 ± 4.9 μg/mL) and 4-aminopyridine, selective blocker of the voltage activated K+ channels (Kv) (EC50 = 48.9 ± 6.2 μg/mL). On rat uterus, SA-EtOH extract inhibited the cumulative concentration-response curves to oxytocin, and these were shifted to the right, in a non-parallel manner, with depression of the maximal effect (Emax) suggesting a noncompetitive antagonism. SA-EtOH extract did not effective at relax the uterus pre-contracted with 60 mM KCl (Emax = 10.5 ± 5.0%), however relaxed in a significant and concentration dependent manner the rat uterus pre-contracted with 10-2 UI/mL (EC50 = 56.3 ± 8.2 μg/mL). Therefore, suggesting that SA-EtOH extract could be promoting its spasmolytic effect of indirect blockade influx Ca2+ by Cav, as observed in guinea-pig ileum. However, the relaxation curve induced by SA-EtOH extract was rightward displacement only in the presence of glibenclamide (EC50 = 124.8 ± 21.0 μg/mL), selective blocker of the ATP-sensitive K+ channels (KATP), different from that observed in guinea-pig ileum. These results suggest that SA-EtOH extract is not promoting the membrane injury on rat erythrocytes and that the spasmolytic action mechanism of SA-EtOH extract involves modulation/activation of BKCa and KV on guinea-pig ileum, and of KATP on rat uterus. / Solanum agrarium Sendtner é conhecida popularmente por babá , gogóia e melancia da praia . O decocto da raiz é empregado popularmente como abortivo (AGRA, 1991). Em estudos anteriores, Santos et al., (2003) demonstraram que o extrato etanólico bruto obtido das partes aéreas de S. agrarium (SA-EtOH) apresentou atividade espasmolítica não seletiva em íleo de cobaia e útero de rata. O objetivo desse estudo foi avaliar o potencial citotóxico do extrato SA-EtOH em eritrócitos de rato e investigar o mecanismo de ação espasmolítica em íleo de cobaia e útero de rata. O extrato SA-EtOH apresentou uma atividade hemolítica moderada apenas nas concentrações de 243 e 500 μg/mL (Emax = 21,2 ± 3,2%). Em íleo de cobaia, o extrato SA-EtOH inibiu as curvas cumulativas ao carbacol (CCh) e à histamina e estas foram desviadas para a direita de maneira não paralela com redução do Emax, sugerindo um antagonismo não competitivo. O extrato SA-EtOH relaxou de maneira dependente de concentração e significante o íleo de cobaia pré-contraído com 40 mM de KCl (CE50 = 17,4 ± 3,5 μg/mL), ou com 10 6 M de CCh (CE50 = 119,4 ± 24,3 μg/mL) ou de histamina (CE50 = 18,7 ± 4,6 μg/mL), sugerindo que o extrato SA-EtOH deve estar agindo bloqueando os canais de Ca2+ dependentes de voltagem (CaV). A confirmação desta hipótese veio com a observação de que o extrato SA-EtOH antagonizou as contrações induzidas por CaCl2 em meio despolarizante nominalmente sem Ca2+. O fato do extrato SA-EtOH ter relaxado (CE50 = 187,2 ± 27,3 μg/mL) o íleo pré-contraído com S-(-)-BAY K 8644 sugere que o canal de Ca2+ envolvido é o tipo CaV1. Como a potência relaxante do extrato SA-EtOH foi maior quando o órgão foi pré-contraído com KCl do que pelo S-(-)-Bay K8644, isto é sugestivo de que há um bloqueio indireto dos Cav1. Decidiu-se investigar a participação dos canais de K+ na ação espasmolítica do SA-EtOH. A curva de relaxamento induzida pelo extrato SA-EtOH foi desviada para direita apenas na presença de tetraetilamônio (TEA+) 1 mM, nessa concentração um bloqueador dos canais de K+ ativados por Ca2+ de grande condutância (BKCa) (CE50 = 37,7 ± 4,9 μg/mL) e na de 4-aminopiridina, bloqueador dos canais de K+ operados por voltagem (KV) (CE50 = 48,9 ± 6,2 μg/mL). Em útero de rata, o extrato SA-EtOH inibiu as curvas cumulativas à ocitocina e esta foi desviada para a direita de maneira não paralela com redução do Emax, sugerindo um antagonismo não competitivo. O extrato SA-EtOH não foi eficaz em relaxar o útero pré-contraído com 60 mM de KCl (Emax = 10,5 ± 5,0%), entretanto relaxou de maneira dependente de concentração o útero pré-contraído com 10-2 UI/mL ocitocina (CE50 = 56,3 ± 8,2 μg/mL). Diante deste fato, pode-se sugerir que o extrato SA-EtOH pode estar promovendo seu efeito espasmolítico pelo bloqueio indireto do influxo de Ca2+ através dos CaV, assim como o observado em íleo de cobaia. Entretanto, a curva de relaxamento induzida pelo extrato SA-EtOH foi desviada para direita apenas na presença de glibenclamida (CE50 = 124,8 ± 21,0 μg/mL), bloqueador seletivo dos canais de K+ sensíveis ao ATP (KATP), diferente do observado em íleo de cobaia. Esses resultados são sugestivos de que o extrato SA-EtOH não esteja promovendo injúrias a membrana dos eritrócitos de ratos e que o mecanismo de ação espasmolítica do extrato SA-EtOH se dá pela modulação/ativação dos BKCa e KV em íleo de cobaia e pelos KATP em útero de rata.

Vasorrelaxant effects of R(+)-pulegone were tested in normotensive rats using two different methodological approaches. In vivo, increasing doses (1, 3, 10, 20 and 30 mg / kg) were administered in the animals, i.v. bolus and selected randomly, then the parameters for mean arterial pressure (MAP) and heart rate (HR) were evaluated. In this situation the substance triggered a hypotensive effect and bradycardia. In the ex vivo approach, we used the thoracic aorta of these animals and isometric tension experiments, evaluated the vasorelaxant activity of the substance. The administration of R (+)-pulegone triggered vasorelaxant effect concentration-dependent in both rings with intact endothelium and with this removed, but the substance had the lowest pD2 value in the presence of the endothelium (-3.64 ± 0.06, n = -3.17 vs 5 ± 0.034, n = 6, respectively), no change in peak effect (98.2 ± 1.2%, n = 5 vs. 106.0 ± 8.1%, n = 6) indicating that the substance acts triggering vasodilation in aortic dependent manner and independent of the vascular endothelium. In rings with intact endothelium, the vasorelaxant activity of R(+)-pulegone was not altered in the presence of diclofenac and atropine, but was modified by L-NAME (-3.00 ± 0.016; n=5), HDX (-3.07 ± 0.021; n=5), ODQ (-3.17 ± 0.03; n = 5) and the red ruthenium (-3.14 ± 0.04; n=5) vs control: -3.64 ± 0.06; n = 5. These results suggest that the substance is probably stimulating NO production via the activation of TRP channels. In smooth muscle vascular, R(+)-pulegone inhibited curve calcium concentration-dependent manner (Emax: 10-4 M: 68 9 ± 3.81%; 3x10-4 M: 40.97 ± 8.05%; 10-3 M: 24.79 ± 5.04% and 3x10-3 M: 0.29 ± 0.33%) via calcium channels type L, as in the presence of nifedipine, there was a reduction of the maximum effect (Emax: 93.3 ± 1.7% ; n = 6 vs Emax control: 106.8 ± 8.1%; n = 6 ). Additionally, it was surveyed the participation of for potassium channels, using 4-aminiopiridine, it was seen that the substance has inhibited response by blocking the potassium channels sensitive to voltage (-2.93 ± 0.012 - n = 5 vs control - 3.17 ± 0.034 - n = 6) as well as sensitive to ATP, since, in the presence of glybenclamide, the relaxant response to R(+)-pulegone was also inhibited (-2.94 vs. -3.17 ± 0.012 ± 0.03). Thus, to cause vasorelaxation in normotensive rat thoracic aorta, R(+)-pulegone, stimulates the production of NO in endothelial cells, probably by activating calcium influx via TRP channels. The effect independent of the endothelium is mediated by inhibition of calcium influx, likely through the CaV and for opening potassium channels (KATP and Kv). / O efeito vasorrelaxante de R(+)-pulegona foi estudado em ratos normotensos, utilizando duas abordagens metodológicas. Na avaliação in vivo, doses crescentes (1, 3, 10, 20 e 30 mg/Kg), foram administradas nos animais, via i.v. em bolus de maneira aleatória, posteriormente os parâmetros de pressão arterial média (PAM) e frequência cardíaca (FC) foram avaliados. Nesta situação a substância desencadeou um efeito hipotensor e bradicárdico dependente de dose. Na abordagem ex vivo, utilizou-se a aorta torácica destes animais e avaliou-se a atividade vasorrelaxante da substância. A administração de R(+)-pulegona desencadeou efeito vasorrelaxante, concentração dependente tanto em anéis com endotélio intacto quanto com este removido, porém a substância apresentou o valor do pD2 menor na presença do endotélio (-3,64 ± 0,06, n=5 vs -3,17 ± 0,034, n=6, respectivamente), sem nenhuma alteração no efeito máximo (98,2 ± 1,2%, n=5 vs 106,0 ± 8,1%, n=6), indicando que a substância atua desencadeando vasodilatação na aorta de maneira dependente e independente do endotélio vascular. Em anéis com endotélio intacto, a atividade vasorrelaxante de R(+)-pulegona não foi alterada na presença de diclofenaco e atropina, porém foi modificada por L-NAME (-3,00 ± 0,016, n=5), HDX (-3,07 ± 0,021, n=5), ODQ (-3,17 ± 0,03, n=5) e o vermelho de rutênio (-3,14 ± 0,04, n=5) todos vs controle: -3,64 ± 0,06, n=5. Estes resultados sugerem que a substância provavelmente está estimulando a produção de óxido nítrico (NO), via ativação dos canais TRP na célula endotelial. O efeito dependente do músculo liso vascular de R(+)-pulegona dá-se através da inibição da curva de cálcio de maneira dependente de concentração (Emáx: 10-4 M: 68,9 ± 3,81%; 3x10-4 M: 40,97 ± 8,05%; 10-3 M: 24,79 ± 5,04% e 3x10-3 M: 0,29 ± 0,33%), via canais para cálcio tipo L, pois na presença de NIF, ocorreu redução do efeito máximo (Emáx: 93,3 ± 1,7%, n= 6 vs controle Emáx: 106,8 ± 8,1%, n=6). Adicionalmente, pesquisou-se a participação dos canais para potássio e na presença de 4-AP ocorreu redução da resposta relaxante da substância indicando a participação dos canais para potássio sensíveis a voltagem (-2,93 ± 0,012, n=5 vs controle -3,17 ±0,034, n=6) e também sensíveis ao ATP, uma vez que, na presença de glibenclamida, a resposta relaxante para R(+)-pulegona também foi reduzida (-2,94 ± 0,012, n=5 vs -3,17 ± 0,03, n=6). Assim, para causar vasorrelaxamento em aorta torácica de ratos normotensos, R(+)-pulegona, estimula a produção de NO na célula endotelial, provavelmente por ativar o influxo de cálcio via canais TRP e o efeito independente do endotélio, é mediado pela inibição do influxo de cálcio, provavelmente através dos CaV e abertura dos canais para potássio (Kv e KATP).