As peçonhas de serpentes são consideradas ricas fontes de componentes com importantes ações farmacológicas. Estudar seus componentes permite esclarecer a patogenia do envenenamento e identificar moléculas com potenciais aplicações biotecnológicas. As serpentes da espécie Crotalus durissus habitam diversas regiões do Brasil e suas peçonhas são compostas de grande quantidade de proteínas (cerca de 95%), carboidratos, cátions metálicos, aminas biogênicas, nucleosídeos, componentes não enzimáticos, aminoácidos livres e uma pequena fração lipídica. Muitos componentes ainda não foram isolados, embora alguns já tenham sido identificados em análises ômicas (transcriptoma e proteoma), como é o caso do VEGF (Fator de Crescimento Endotelial Vascular) identificado por estas técnicas na peçonha de Crotalus durissus collilineatus (C.d.c). Os VEGFs são homodímeros não enzimáticos com massas moleculares de 20 a 30 kDa, para o dímero, e de 13 a 16 kDa, para o monômero. Eles desempenham o papel principal na angiogênese (crescimento de novos vasos). No entanto, seu papel no envenenamento ainda não está elucidado. Diante disso, o presente estudo teve como objetivo isolar e elucidar os aspectos estruturais e funcionais parciais, de um VEGF da peçonha da serpente C.d.c. A peçonha foi inicialmente submetida a uma análise por LC-MS para um conhecimento geral dos seus componentes. Em seguida, foi fracionada por cromatografia líquida de fase reversa em sistema FPLC (Fast Protein Liquid Chromatography) e, posteriormente, todas as 43 frações obtidas foram submetidas ao ELISA para identificação do VEGF. As frações 23, 24 e 25 foram positivas para VEGF e, por isso, escolhidas para serem estudadas. Estas frações foram recromatografadas por meio de três protocolos (troca catiônica, fase reversa e troca aniônica). Após os fracionamentos, todas as subfrações foram submetidas ao ELISA para identificação do VEGF e à eletroforese em gel de poliacrilamida para a análise da composição das mesmas. Em seguida, essas amostras foram reduzidas, alquiladas e digeridas com tripsina e submetidas a ensaios de espectrometria de massas (ESI-Q-TOF e PMF), para identificar peptídeos trípticos de VEGF e, as que mostraram maior pureza na eletroforese, foram analisadas por sequenciamento amino-terminal, a fim de elucidar sua estrutura primária. Nestes estudos foram identificados um Fator de crescimento de fibroblasto (FGF) e duas isoformas de VEGF. A cromatografia em coluna de troca iônica (HiTrap QXL) foi a mais efetiva na purificação dos compostos das frações 23, 24 e 25. As 6 subfrações obtidas, após confirmação da presença de VEGF pelo ELISA, eletroforese e espectrometria de massas, foram submetidas a uma análise de reconhecimento do VEGF pelo soro anticrotálico comercial por meio do ELISA e o VEGF foi reconhecido com alta afinidade pelo soro. Em seguida, essas amostras foram analisadas por ELISA com anticorpo anti-FGF a fim de confirmar a presença do FGF, porém, este não foi reconhecido nas amostras pelo anticorpo, nas concentrações utilizadas. As frações contendo VEGF, denominado de CdcVEGF, foram submetidas aos ensaios funcionais. No ensaio de angiogênese in vitro, no qual se analisa a indução da formação de tubos em Matrigel® pelas células endoteliais vasculares umbilicais humanas (HUVECs), todas as 6 subfrações induziram a angiogênese, confirmando que mantiveram sua atividade após os fracionamentos e dentre estas, a subfração denominada de 24-QXL3 foi a mais potente, mostrando uma indução da formação dos tubos ainda mais potente que o controle positivo (bFGF). No ensaio in vitro de migração de células mononucleares de sangue periférico humano (quimiotaxia em câmara de boyden), os CdcVEGFs não alteraram significativamente a migração das células, nas concentrações testadas. Os dados obtidos neste trabalho ampliam o conhecimento sobre a composição da peçonha de C.d.c, além de desenvolver um novo protocolo para isolamento de VEGF e possibilitar sua caracterização. Adicionalmente, foi possível a identificação de um novo FGF, o qual ainda não havia sido identificado na peçonha de C.d.c. / Snake venoms are considered rich sources of a variety of components that displays important pharmacological activities. The study of these diverse components allows the elucidation of envenoming pathology and the identification of molecules with potential biotechnological applications. The snakes of Crotalus durissus species inhabit various regions of Brazil and their venoms are a complex mixture of proteins (around 95%), carbohydrates, metal cations, biogenic amines, nucleosides, non-enzymatic components, free amino acids and a small lipid fraction. Many components have not yet been isolated, although some of them have already been identified in omics analysis (transcriptome and proteome), like the VEGF (Vascular Endothleial Growth Factor) identified by these techniques in the Crotalus durissus collilineatus (C.d.c) venom. VEGFs are non-enzymatic homodimers with molecular weights varying from 20 to 30 kDa for the dimer and 13 to 16 kDa for the monomer. They have a central role in angiogenesis (growth of new vessels) but their role in the envenoming pathophisiology is not elucidated. This study aimed to isolate and perform the elucidation of the structural and functional aspects of a VEGF from C.d.c snake venom. Initially, the venom was submitted to a LC-MS analysis for the global knowledge of its components. Then, it was fractionated by reversed phase chromatography on FPLC system (Fast Protein Liquid Chromatography) and later all the fractions collected were submitted to an ELISA for identification of VEGF. The fractions 23, 24 and 25 proved being positive for VEGF and therefore, were chosen to be studied. These fractions were rechromatographed by three different protocols (cation exchange, reversed phase and anionic exchange). All the subfractions obtained by these chromatographies were analyzed by ELISA for the confirmation and identification of VEGF and by an SDS-PAGE for the analysis of their composition. These subfractions were then reduced, alquilated and digested with tripsin and submitted to spectrometry analysis (ESI-QTOF and PMF) in order to identify tryptic peptides of VEGF and the ones that presented a higher level of purity in the electrophoresis, were analyzed by amino-terminal sequencing to elucidate its primary structure. In these studies were identified an FGF and two isoforms of VEGFs. The chromatography on ion-exchange column (HiTrap QXL column) was the most effective in purifying the compounds of fractions 23, 24 and 25. The six subfractions obtained, after confirmation of the presence of VEGF by the ELISA, electrophoresis and mass spectrometry, were analyzed by another ELISA with anticrotalic serum and the VEGF was recognized with high affinity by the serum, indicating that the molecule is immunogenic. Subsequently, another ELISA was performed with a FGF-antibody to confirm the presence of FGF in the samples. However, the antibody was not able to recognize it in the concentrations used of the fractions. The VEGF found in all six subfractions was denominated as CdcVEGF and submitted to functional analysis. In the in vitro angiogenesis assay, which analyzes the induction of tube formation in Matrigel® by human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) cells, all 6 subfractions induced angiogenesis, confirming that they maintained their activities after the fractionations. Among those, the subfraction 24-QXL3 showed a more potent response, demonstrating a tube formation even more significant than the positive control (bFGF). In the in vitro assay for the migration of human peripheral blood mononuclear cells (chemotaxis technique in boyden chamber), the CdcVEGFs did not significantly alter cell migration at the concentrations tested. The data obtained in this study amplify the knowledge about the composition of C.d.c venom and the development of a new isolation protocol for VEGF, possibiliting its characterization. Additionally, it was possible to identify a new FGF, which had not yet been identified in C.d.c venom.

As peçonhas ofídicas apresentam uma grande diversidade de componentes proteicos e estes podem variar dependendo de diversos fatores, como espécie, hábitos alimentares e comportamentais, ontogenia e até mudanças sazonais. Este alto grau de variabilidade pode levar a mudanças na fisiopatologia do envenenamento ofídico. No Brasil, as serpentes da espécie Crotalus durissus são capazes de habitar várias regiões do país e sua peçonha está sujeita a variabilidade, levando a uma grande dificuldade no tratamento do envenenamento, que é realizado por infusão do soro antiofídico. O estudo proteômico permite conhecer os componentes expressos pela glândula de peçonha. Sendo assim, este trabalho teve como objetivos realizar uma análise comparativa das diferenças intraespecíficas na composição proteica das peçonhas de 22 espécimes de Crotalus durissus collilineatus através de técnicas ômicas, avaliar a capacidade neutralizante do soro antiofídico produzido pelo Instituto Butantan contra essas peçonhas, avaliar a atividade hialuronidásica de cada peçonha e comparar as alterações bioquímicas e imunológicas de camundongos após o envenenamento crotálico experimental. Para isto, as peçonhas de 22 serpentes da espécie C. d. collilineatus, da região de Catalão - GO, foram fracionadas em uma coluna de fase reversa C-18 acoplada a um sistema de cromatografia líquida rápida de proteínas e analisadas por eletroforese em gel de poliacrilamida e métodos de espectrometria de massas. Inicialmente, foi observado que as peçonhas destas 22 serpentes variaram entre as cores branca e amarela. Os perfis cromatográficos foram semelhantes, entretanto, apresentaram diferenças qualitativas e quantitativas significativas de alguns componentes, por exemplo, apenas duas das peçonhas apresentaram a proteína crotamina. Outros componentes previamente relatados em outros estudos também foram identificados, como, o complexo da crotoxina, serinoproteases, metaloproteases e convulxina. Pela primeira vez foi possível evidenciar por técnicas proteômicas alguns componentes para a subespécie C. d. collilineatus, como: fator de crescimento neural, enzima conversora de angiotensina, fosfodiesterase, 5\'-nucleotidase, carboxipeptidase, glutaminil ciclase, glutationa peroxidase, NADH desidrogenase e fosfolipase B. Através do método de ELISA, constatou-se que o soro anticrotálico produzido pelo Instituto Butantan foi capaz de reconhecer todas as peçonhas utilizadas, embora algumas frações isoladas não tenham sido reconhecidas com tanta eficácia. A atividade hialuronidásica também foi avaliada, evidenciando que as peçonhas de algumas serpentes não apresentaram atividade detectável desta enzima. Por fim, o envenenamento crotálico experimental em camundongos Balb/c revelou que peçonhas diferentes são capazes de produzir alterações bioquímicas e imunológicas distintas. Assim, as vítimas do envenenamento podem necessitar de tratamentos diferenciados. Este trabalho mostrou que existem variações intraespecíficas importantes nas peçonhas de C. d. collilineatus, sendo que algumas podem ser mais miotóxicas que outras, evidenciadas por induzirem grandes aumentos dos níveis de creatina quinase. Além disso, este estudo proteômico revelou a presença de novos componentes proteicos na peçonha de C. d. collilineatus, contribuindo significativamente para o conhecimento de sua composição. Adicionalmente, estes dados indicam que quanto mais diversificado for o pool de peçonhas utilizado para a imunização de cavalos, melhor será o soro anticrotálico produzido, de forma que o único tratamento para este acidente seja ainda mais eficaz. / Snake venoms present a wide variety of protein components and these can vary depending on several factors such as species, eating and behavioral habits, ontogeny and even seasonal changes. This high degree of variability can lead to changes in the pathophysiology of snake bite envenoming. In Brazil, snakes of the species Crotalus durissus are capable of inhabiting various regions of the country and its venom is subject to variability, leading to a high difficulty in treating envenoming, which is performed by the infusion of an antivenom. Proteomic studies allow the knowledge of the components expressed by the venom gland. Thus, this study aimed to perform a comparative analysis of intraspecific differences in the protein composition of the venoms of 22 specimens of Crotalus durissus collilineatus through omics techniques, to evaluate the neutralizing capacity of antivenom produced by Instituto Butantan against these venoms, to evaluate the hyaluronidase activity of each venom and to compare the biochemical and immunological changes of mice after experimental crotalic envenoming. In this way, the snake venoms of the 22 species of C. d. collilineatus, from Catalão - GO region, were fractionated on a reverse phase column C-18 coupled to a fast protein liquid chromatography system and analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis and mass spectrometry methods. Initially, it was observed that the venoms of these 22 snakes varied between white and yellow colors. The chromatographic profiles were similar, however, presenting significant qualitative and quantitative differences of some components, for example, only two venoms showed the protein crotamine. Other components previously reported in other studies were also identified, such as crotoxin, serine proteases, metalloproteases and convulxin. For the first time, it was possible to demonstrate, by proteomic techniques, some components not found thus far in the subspecies C. d. collilineatus, such as nerve growth factor, angiotensin converting enzyme, phosphodiesterase, 5\'-nucleotidase, carboxypeptidase, glutaminyl cyclase, glutathione peroxidase, NADH dehydrogenase, and phospholipase B. By ELISA method, it was found that the crotalic serum produced by the Instituto Butantan was able to recognize all the venoms used, although some isolated fractions have not been recognized effectively. The hyaluronidase activity was also evaluated, showing that the venom of some snakes do not presented detectable activity of this enzyme. The experimental crotalic envenoming in Balb/c mice revealed that different venoms are able to produce different biochemical and immunological changes. Thus, the victims of envenoming may need different treatments. This study demonstrated that there are significant intraspecific variations in the venom of C. d. collilineatus, and some of them may be more myotoxic than others, evidenced by an increasing of creatine kinase levels. Furthermore, the proteomic study revealed the presence of new protein components in the venom of C. d. collilineatus, significantly contributing to the knowledge of its composition. In addition, these data indicate that the more diverse the pool of the venoms used for the immunization of horses, better will be the anticrotalic serum produced, so that the only treatment for this accident will be even more effective

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Objective: To determine acute oral toxicity of crotamine isolated from snake venom C. d. collilineatus was evaluated and its effects in experimental models of pain and inflammation in mice was investigated. Methodology: To evaluate acute oral toxicity, the up and down procedure and hippocratic screening was performed. For the nociceptive and inflammation assays, acetic acid-induced abdominal writhing, formalin-induced pain, ear edema induced by croton oil and pleurisy induced by carrageenan were performed. Results and Discussion: Crotamine did not cause lethality or signs of intoxication in the dose range of 0.34 to 10.88 mg/kg. In the abdominal writhing test, treatments at doses of 0.08, 0.16 and 0.32 mg/kg p.o. reduced the number of writhings in relation to the control by 34, 57 and 74 %, respectively, showing a dose-dependent trend. In the formalin-induced pain test it was observed that crotamine (0.16 mg/kg p.o.) reduced reactivity to pain in the neurogenic phase in 44.8% and in the inflammatory phase in 59.7%, suggesting antinociceptive activity. In addition, crotamine (0.16 mg/kg p.o.) was able to reduce ear edema induced by croton oil by 77 %, showing antidematogenic activity and reduced in 52.3 % the number of total leukocytes in the pleurisy test, reducing both neutrophil and mononuclear cells migration, thus exhibiting antimigratory activity. Conclusion: Crotamine did not induce a toxic or lethal effect at the doses tested. The reductions in writhings, reactivity to pain, ear edema and leukocytes migration with administration of crotamine were significant, suggesting that it has antinociceptive and anti-inflammatory activities. / Introdução: A crotamina é um polipeptídeo catiônico de baixo peso molecular (ca.4,8 kDa), extraído da peçonha das cascavéis. A presença desta toxina na peçonha de serpentes Crotalus durissus collilineatus foi responsável por apresentar atividade anti-edematogênica, sugerindo atividade anti-inflamatória da mesma. A dor e a inflamação são mecanismos presentes em diversas patologias, sendo importante a busca por novos compostos candidatos a fármacos eficazes e com menos efeitos adversos do que os existentes no mercado para tais tratamentos. Objetivo: Determinar a toxicidade aguda oral da crotamina isolada da peçonha de serpentes C. d. collilineatus e investigar seus efeitos em modelos experimentais de dor e inflamação em camundongos. Metodologia: Para avaliação da toxicidade aguda oral foi realizado o método up and down, de acordo com o Guia OECD 425 e a realização do screening hipocrático. Para os ensaios antinociceptivo e anti-inflamatório foram realizados testes de contorções abdominais induzidas por ácido acético, dor induzida por formalina, edema de orelha induzido por óleo de cróton e pleurisia induzida por carragenina. Resultados e Discussão: A crotamina não causou letalidade ou sinais de intoxicação na faixa de dose de 0,34 a 10,88 mg/kg. No teste de contorções abdominais, os tratamentos com as doses de 0,08, 0,16 e 0,32 mg/kg p.o. reduziram em 34, 57 e 74 %, respectivamente, o número de contorções em relação ao controle, apresentando tendência dose-dependente. Com o teste de dor induzida por formalina, observou-se que a crotamina (0,16 mg/kg p.o.) reduziu a reatividade à dor na fase neurogênica em 44,8 % e, na fase inflamatória, em 59,7 %, sugerindo uma atividade antinociceptiva. Além disso, a crotamina (0,16 mg/kg p.o.) foi capaz de reduzir em 77 % o edema de orelha induzido por óleo de cróton, apresentando atividade anti-edematogênica e reduziu em 52,3 % o número de leucócitos totais no teste de pleurisia, reduzindo a migração de neutrófilos e células mononucleares, exibindo assim actividade antimigratória. Conclusões: A crotamina não induziu efeito tóxico ou letal nas doses testadas. As reduções no número das contorções, na reatividade à dor, no edema de orelha e na migração de leucócitos, com administração da crotamina foram significativas, sugerindo que a mesma apresente atividades antinociceptiva e anti-inflamatória.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Some animals have a natural resistance to toxic effects induced by snake venom due to presence of natural endogenous inhibitors in their plasma. Snake venom contains inhibitors of phospholipase A2 (PLA2) that inhibit the enzymatic and pharmacological activities of PLA2. In this work we show the isolation, structural and biochemical characterization of a new PLA2 inhibitor from Crotalus durissus colillineatus (Cdc) snake serum by two chromatographic steps. Initially, the Cdc serum was applied to a column of ion exchange Q-Sepharose Fast Flow, producing six peaks of absorbance at A280nm (Q1 to Q6). Subsequently, Q4 fraction (best results to inhibition) was applied to affinity chromatography with immobilized HiTrap NHS-BnSP-7. This fractionation resulted in two fractions (NHS-1 and NHS-2) the second fraction contained the inhibitor, named γCdcPLI. The molecular mass of γCdcPLI determined by MALDI-TOF was 22.3kDa and the primary partial structure obtained by Edman and peptide mass fingerprinting (PMF) MS (MALDI-TOF \\ TOF), showed similarity when compared with the sequences of other related inhibitors. The secondary structure was evaluated for circular dichroism and showed approximately 22% alpha helix and 29% beta sheets.These studies of interaction have also indicated no significant changes in secondary structure to γCdcPLI and BnSP-7. The results obtained by analysis of dynamic light scattering (DLS) showed that the inhibitor has in oligomerization variation, according to temperature and when dissolved in H2O or PBS. γCdcPLI was able to inhibit the enzymatic, with 100% to inhibition. Cytotoxicity was assayed on Murine endothelial cell line derived from thymus hemangioma- tEnd to MTT and myotoxicity was measuring by creatine kinase (CK) showed inhibition too, but in this case the inhibition was independent dose. Structural and functional studies of this inhibitor may contribute to understanding the mechanisms of action of PLA2 inhibitors. In addition, these studies may serve as starting point for investigating the potential of these inhibitors for the treatment of snake bite or inflammatory diseases. / Alguns animais apresentam uma resistência natural aos efeitos tóxicos induzidos por peçonha de serpentes, isto se deve a presença de inibidores naturais endógenos em seu plasma. Dentre estes, destacam-se os inibidores de fosfolipases A2 (PLA2), os quais são capazes de inibir as atividades enzimáticas e farmacológicas de várias PLA2s de peçonhas ofídicas. No presente trabalho, foi demonstrado o isolamento, a caracterização bioquímica e estrutural de um inibidor de PLA2, o qual foi isolado do soro da serpente Crotalus durissus collilineatus (Cdc) por dois passos cromatográficos. Inicialmente o soro de Cdc foi aplicado em uma coluna de troca-iônica Q-Sepharos, produzindo seis picos de absorbância a A280nm denominados (Q1 a Q6). Posteriormente, a fração Q4, que demonstrou melhores resultados de inibição foi submetida a uma cromatografia de afinidade NHS Hitrap imobilizada com uma PLA2-símile (BnSP-7). Deste fracionamento resultaram duas frações denominadas de NHS-1 e NHS-2, sendo que a fração NHS-2 representa o inibidor de PLA2 denominado γCdcPLI. A massa molecular do inibidor determinada por (MALDI-TOF) foi de 22.34 kDa e a sequência primária parcial determinada por Edman e Peptide Mass Fingerprinting (PMF) em MS (MALDI-TOF\\TOF) mostrando similaridade com outros inibidores do tipo γ. As análises da estrutura secundária realizada por dicroísmo circular revelaram aproximadamente 22% de alfa hélices e 29% de folhas beta. Estes estudos também indicaram que não houve alteração significativa na conformação tanto do γCdcPLI ou da PLA2-símile BnSP-7. Os resultados obtidos por análises de espalhamento de luz dinâmico demonstraram que o inibidor possui comportamento de oligomerização mediante variação de temperatura e quando dissolvido em H2O ou PBS. O γCdcPLI foi capaz de inibir as atividades enzimática com resultado de 100% na razão 1:5 (m/m) frente as PLA2 utilizadas, miotóxica por dosagem de CK e citotóxica por MTT em células tEnd com característica de ser dose não dependente. Estudos estruturais e funcionais deste inibidor poderão contribuir para a compreensão dos mecanismos de ação dos inibidores de PLA2s, bem como na investigação de seu uso como auxiliar no tratamento do envenenamento ofídico ou doenças inflamatórias. / Mestre em Genética e Bioquímica

Orientador: Raghuvir Krishnaswamy Arni / Banca: Adélia Cristina Oliveira Cintra / Banca: Patrick Jack Spencer / Abstract: Toxins isolated from vemos have been used as molecular tools to understand many physiological processes. The enzymes isolated from the venoms of Crotalus and Bothrops species interfere with the control and balance of the hemostatic system (PEREZ et al., 1996) and thus, the determination of their structures is potentially very important. These enzymes are serine proteinases that are similar to tyrpsin in their specificity but are generally referred to as thrombin-like enzymes due to their ability to cleave fibrinogen. The principal aim of this project was to isolate and characterize snake venom poteins that inetefere with the control and regulation of the hemostatic system in quantities and purity required for structural studies. Gel filtration, ion-exchange and HPLC chromatographic techniques were used to isolate convulxin, crotoxin, giroxin and crotamine, the principle components from the venoms of Crotalus durissus collineatus and Crotalus durissus terrificus and the serine and metalo proteinases from the venom of Bothrops jararaca. The purity of the samples was evaluated by SDS-PAGE and the specific activity of the samples was determined. Crystallization experiments were then carried out. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12-08Bitstream added on 2014-06-13T20:10:06Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_dgl_me_sjrp.pdf: 2024541 bytes, checksum: 9e617f882421a4dd2f2cc715da6fb79f (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Toxins isolated from vemos have been used as molecular tools to understand many physiological processes. The enzymes isolated from the venoms of Crotalus and Bothrops species interfere with the control and balance of the hemostatic system (PEREZ et al., 1996) and thus, the determination of their structures is potentially very important. These enzymes are serine proteinases that are similar to tyrpsin in their specificity but are generally referred to as thrombin-like enzymes due to their ability to cleave fibrinogen. The principal aim of this project was to isolate and characterize snake venom poteins that inetefere with the control and regulation of the hemostatic system in quantities and purity required for structural studies. Gel filtration, ion-exchange and HPLC chromatographic techniques were used to isolate convulxin, crotoxin, giroxin and crotamine, the principle components from the venoms of Crotalus durissus collineatus and Crotalus durissus terrificus and the serine and metalo proteinases from the venom of Bothrops jararaca. The purity of the samples was evaluated by SDS-PAGE and the specific activity of the samples was determined. Crystallization experiments were then carried out.