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Orientadores: Sergio Marangoni, Luís Alberto Ponce Soto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T23:14:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vega_SalomonHuancahuire_D.pdf: 1506157 bytes, checksum: 874bfba78d521b4e037ba15f754d80b7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: No presente trabalho, a partir do veneno de Porthidium hyoprora, foram purificadas duas fosfolipases A2 (PLA2) miotóxicas, denominadas PhTX-I e PhTX-II, determinadas suas sequências primárias e caracterizadas bioquímica e farmacologicamente. Ambas as proteínas foram purificadas em uma única etapa cromatográfica (HPLC-FR), sendo obtida homogênea e com alto grau de pureza, confirmado por SDS-PAGE, análise de aminoácidos e espectrometria de massas. PhTX-I e PhTX-II estão constituídas de uma única cadeia polipeptídica e possuem massas moleculares de 14.249 e 14.149 Da, respectivamente. A sequência de aminoácidos foi determinada via espectrometria de massas ESI-MS/MS, pertencendo à família das PLA2 D49. A estrutura secundária predominante destas proteínas está constituída de ?-hélices. PhTX-I e PhTX-II induziram atividade paralisante neuromuscular ex vivo na preparação de biventer cervicis de pintainho e esta atividade foi similar ao efeito de outras PLA2 de veneno botrópico. In vivo, tanto PhTX-I quanto PhTX-II, induziram elevada miotoxicidade local e atividade edematogênica. Adicionalmente, PhTX-I induz liberação de IL-6 após injeção intramuscular em camundongos. In vitro, PhTX-I e PhTX-II foram citotóxicas de maneira dose-dependente para as linhagens celulares de fibroblastos NIH-3T3 e NG97 derivada de astrocitoma humano grau III. Adicionalmente PhTX-I foi citotóxica sobre cultura celular de miotubos C2C12, entretanto teve pouco efeito citolítico sobre mioblastos de músculo esquelético. Foram feitas modificações químicas em resíduos de aminoácidos específicos da PhTX-I e avaliadas suas atividades farmacológicas após as modificações. Foram modificados um resíduo de His e Trp, quatro de Tyr e sete de Lys. A análise destas proteínas por dicroísmo circular demonstrou que a estrutura secundária das proteínas modificadas não foi alterada significantemente. Avaliação das atividades biológicas indicam um papel crítico desempenhado pelos aminoácidos Lys e Tyr na miotoxicidade, efeito paralisante neuromuscular e principalmente na citotoxicidade induzida por PhTX-I. A atividade catalítica da PhTX-I é relevante para os efeitos edematogênico, paralisante neuromuscular e miotóxico, mas não para sua atividade citotóxica, pois este efeito foi completamente independente da atividade catalítica de PhTX-I, evidenciando a existência de regiões moleculares, diferentes a do sítio catalítico, as quais podem ser responsáveis por pelo menos algumas das propriedades farmacológicas da PhTX-I. Podemos concluir, que apesar de ser demonstrada uma dissociação parcial, tanto o sítio catalítico como os sítios farmacológicos hipotéticos são relevantes para o perfil farmacológico de PhTX-I / Abstract: In this work, were purified two myotoxics phospholipases A2 (PLA2), PhTX-I and PhTX-II, from P. hyoprora snake venom, determined their primary sequences and characterized their pharmacological and biochemical activities. These proteins were purified in a single chromatographic step (FR-HPLC) and obtained with homogeneous and high purity, which was confirmed by SDS-PAGE, amino acid analysis and mass spectrometry. PhTX-I and PhTX-II are constituted of a single polipetide chain and have molecular mass of 14.249 and 14.149 Da, respectively. The amino acid sequence was determined by ESI-MS/MS mass spectrometry; belong to PLA2 D49 family. The predominant secondary structure of these proteins consists of ?-helix. PhTX-I and PhTX-II induced neuromuscular paralyzing effect ex vivo in young chick biventer cervicis preparations, this activity was similar to other PLA2 of snake venom. In vivo, PhTX-I and PhTX -II induced local myotoxicity and edema-forming activity, in addition, PhTX-I induces release of IL-6 after intramuscular injection in mice. In vitro, PhTX-I and PhTX -II were cytotoxic to the fibroblast cell line NIH-3T3 and NG97 derived from grade III human astrocytoma. Additionally PhTX-I induced low cytotoxicity in skeletal muscle myoblasts, however was able to lyse myotubes. Were made modifications chemical in PhTX-I specific amino acid residues and evaluated the pharmacological activities after modifications. Was modified one His and Trp, four Tyr and seven Lys residues? Analysis by circular dichroism demonstrated that secondary structure of protein remains practically unchanged. Evaluation of biological activities indicate a critical role of Lys and Tyr amino acid at myotoxicity, neuromuscular paralyzing effect, and especially cytotoxicity induced by PhTX-I. The catalytic activity of PhTX-I is relevant to the edematogenic, neuromuscular paralyzing and myotoxic effects, but not for their cytotoxic activity, since this effect is completely independent of the catalytic activity of PhTX-I, demonstrating the existence of molecular regions, different from the catalytic site, which may be responsible for at least some of the pharmacological properties of PhTX-I. We conclude that both the catalytic site and the hypothetical pharmacological site(s) are apparently relevant for the pharmacological profile of PhTX-I, although a partial dissociation between these activities has been demonstrated / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

As fosfolipases são bastante estudadas e podem ser encontradas de forma abundante nas peçonhas. Algumas fosfolipases que sofrem modificação no resíduo 49 com a substituição do aminoácido Asp por Lys, o que provoca perda do seu sítio catalítico, são classificadas como miotoxinas. A miotoxina BthTX-I foi isolada da peçonha de Bothrops jararacussu, possui 121 resíduos de aminoácidos, pI 8,2 e massa molecular de 13kDa. O objetivo do presente projeto foi avaliar a ação da BthTX-I, quanto à sua ação citotóxica, indutora de morte celular, interferência na cinética celular e expressão de genes responsáveis pela morte celular em quatro linhagens tumorais, HL-60 (leucemia promielocítica), HepG-2 (hepatocarcinoma humano), PC-12 (feocromacitoma murino) e B16F10 (melanoma murino). Também foi analisada a indução de citocinas inflamatórias IL-8 e TNF-? em linhagens humanas HL-60 e HepG2. A citotoxicidade, avaliada pela metodologia do MTT, apresentou valores citotóxicos em torno de 62, 53, 53 e 63%, respectivamente para HepG2, HL-60, PC12 e B16F10. A toxina mostrou ação moduladora do ciclo celular na fase S em células HepG2; na fase G2/M em células HL-60. Nas linhagens B16F10 e PC-12 a toxina provocou atraso na fase G0/G1 e redução de células na fase S e G2/M. O perfil eletroforético em gel de agarose a 1,5% mostrou fragmentação do conteúdo do DNA, indicando possível apoptose, que foi confirmada pelo ensaio de morte celular por citometria de fluxo. O ensaio revelou que a linhagem B16F10 tem maior índice apoptótico (~40%), seguido da HepG2 (~35%), PC-12 (~25%) e HL-60 (~4%). A indução de citocinas pela metodologia de ELISA apresentou valores elevados de IL-8 para linhagem HL-60 (~400 pg/mL) e HepG2 (~400 pg/mL), sugerindo uma possível quimiotaxia/migração de células de defesa. TNF- ? também apresentou alteração em seus níveis representando cerca de 150 pg/mL na linhagem HepG2. A expressão dos genes Bax, Bcl-2 e p53 demonstrou que o gene p53 se altera somente na linhagem HepG2, todavia a expressão dos genes Bax e Bcl-2 mostrou ser diferente para cada linhagem. Em células B16F10 a toxina aumentou os níveis de Bax e diminuiu os níveis de Bcl-2 enquanto que, as células PC-12 exibiram aumento nos níveis de ambos. Em HepG2 houve redução da expressão do gene antiapoptótico Bcl-2 e valor inalterado de Bax, ao passo que a linhagem HL-60 apresentou resultado contrário ao de células HepG2, com aumento na expressão de Bax e valores inalterados de Bcl-2. Assim a toxina mostra diferente ação na expressão dos genes responsáveis pela apoptose em diferentes linhagens celulares, mostrando que a BthTX-I influencia a expressão desses genes, ou promove apenas a alteração de dessses, levando assim à apoptose celular das linhagens tratadas com a miotoxina. Diante dos dados obtidos ficou evidenciado o potencial antitumoral da BThTX-I levando a busca de outros mecanismos de atuação da toxina, abrindo perspectivas de sua aplicação biotecnológica para a produção de novo fármaco antitumoral e tornando-se uma terapia alternativa a essa enfermidade. / Phospholipases are widely studied and can be found in abundance in several animal venoms. Some phospholipases, classified as myotoxins, present a modification at residue 49, with replacement of the amino acid Asp by Lys, causing loss of their catalytic site. BthTX-I was isolated from the venom of Bothrops jararacussu and is a myotoxin with 121 amino acid residues, pI 8.2 and a molecular mass of 13kDa. The aim of this study was to evaluate BthTX-I regarding its cytotoxic action, induction of cell death, interference with cell kinetics and expression of genes responsible for cell death in four tumor cell lines: HL-60 (promyelocytic leukemia), HepG2 (human hepatocellular carcinoma), PC-12 (murine pheochromocytoma) and B16F10 (murine melanoma). The induction of inflammatory cytokines (IL-8 and TNF-?) in the human cell lines HepG2 and HL-60 was also analyzed. Cytotoxicity, as assessed by the MTT methodology, showed values around 62, 53, 53 and 63% for HepG2, HL-60, PC12 and B16F10, respectively. The toxin showed modulating action of the cell cycle in the S phase in HepG2 cells, in the G2/M phase in HL-60 cells and delay in the G0/G1 phase. The toxin also caused a delay in the G0/G1 phase and reduced the number of cells in the S and G2/M phases in B16F10 and PC-12 cell lines. The electrophoretic profile on 1,5% agarose gel showed fragmentation of DNA content, possibly indicating apoptosis, which was confirmed by flow cytometry cell death assays. This assay revealed that B16F10 cells presented a higher apoptotic rate (~40%), followed by HepG2 (~35%), PC-12 (~25%) and HL-60 (~4%) cells. Induction of cytokines analyzed by ELISA showed high levels of IL-8 in HL-60 (~400 pg/mL) and HepG2 (~400 pg/mL) cells, suggesting a possible chemotaxis and migration of immune cells. The levels of TNF-? also showed changes, representing about 150 pg/mL in HepG2 cells and 14 pg/mL in HL-60 cells. Gene expression of Bax, Bcl-2 and p53 showed that the p53 gene did not change only in HepG2 cells, with the gene expression of Bax and Bcl-2 being different for each cell line. The toxin increased the levels of Bax and decreased the levels of Bcl-2 in B16F10 cells, while PC-12 cells showed increased levels of both genes. Regarding HepG2 cells, a decrease in the expression of the antiapoptotic gene Bcl-2 was observed, with unchanged values for Bax, while opposite results were observed for HL-60 cells, with increased expression of Bax and unchanged values of Bcl-2. Thus, the toxin showed different actions on the expression of genes responsible for apoptosis in different cell lines, showing that BthTX-I influences the expression of both genes, promoting changes in one or another apoptotic gene, thus leading the tumor cell lines treated with this myotoxin to apoptosis. The obtained data evidenced the antitumor potential of BthTX-I, leading to the search for other mechanisms of action of this toxin and opening prospects for its biotechnological applications for the production of new anti-cancer drugs.

Orientadores: Sergio Marangoni, Luis Alberto Ponce Soto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-12T18:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vega_SalomonHuancahuire_M.pdf: 1822310 bytes, checksum: 4712d36f0c1a5963a20bb4649d8aa879 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As enzimas PLA2 provenientes de veneno de serpentes são intensamente estudadas devido a que os envenenamentos constituem um dos principais problemas de saúde em muitos paises. Por outro lado, estas toxinas ajudam a revelar aspectos desconhecidos da fisiologia celular e tisular. Neste trabalho, apresentamos a purificação e a caracterização bioquímica e farmacológica de duas miotoxinas fosfolipases A2: BbTX-II e BbTX-III, a partir de veneno de Bothrops brazili. As duas proteínas foram isoladas e purificadas usando um procedimento simples e rápido envolvendo duas etapas cromatográficas, exclusão molecular em Sephadex G-75 e HPLC de fase reversa (C18). A eletroforese de ambas miotoxinas mostrou massas relativas em torno de 13 e 27 kDa (para monômeros e dímeros respectivamente). Espectrometria de massa por MALDI-TOf confirmou a pureza das proteínas e mostrou que possuem massas moleculares em torno de 13,8 kDa. A análise de aminoácidos mostrou alto conteúdo de aminoácidos básicos e hidrofóbicos, assim como 14 resíduos de Cys. BbTX-III apresentou atividade PLA2 na presença de um substrato cromogênico, mostrando comportamento sigmoidal, principalmente à baixas concentrações. Atividade máxima foi alcançada em pH 8 e entre 35-45 oC. BbTX-III mostrou-se completamente dependente de Ca2+ e, na presença dos íons Mg2+, Mn2+, Cd2+ e Zn2+, a atividade enzimática foi reduzida a níveis similares aos observados na ausência de Ca2+. A análise de composição de aminoácidos mostrou alta presença de Lys, His e Arg (pI 8,46). A presença de 14 resíduos de cisteína sugere a formação de 7 pontes dissulfeto. O estudo de homologia da seqüência da PLA2 BbTX-III mostrou que existem posições extremamente conservadas nas PLA2. S(1), L(2), E(4) 7 a 10 (QMIL), Y(21). Os resíduos conservados Y(28), G(30), G(32), D(49), H(48) e Y(52) estão direta ou indiretamente ligados com a catálise. Além disso, BbTX-III apresentou algumas mutações: K(35) -> G(35), R(51) -> Y(51) e D(118) -> A(118) que estão estrategicamente posicionadas para a expressão da atividade catalítica. Apesar destas substituições, as atividades farmacológicas e a atividade catalítica são mantidas. O efeito neurotóxico de BbTX-III foi analisado in vitro na preparação neuromuscular biventer cervicis de pintainhos. O resultado mostrou que a toxina é menos potente quando comparada com venenos crotálicos. BbTX-III demonstrou efeito miotóxico local in vivo através da liberação de creatina quinase (CK) e, efeito inflamatório, através de edema de pata. Como a BbTX-III produziu forte efeito inflamatório, a hidrólise de fosfolipídios poderia ser relevante neste fenômeno. BbTX-II foi caracterizada como uma PLA2 K49 (cataliticamente inativa) em função das características físico-químicas evidenciadas: massa de 13,68 kDa, 121 resíduos de aminoácidos, caráter básico (pI 8.73) e alto grau de homologia seqüencial na sua estrutura primária, quando comparada com outras PLA2B K49 procedentes de veneno de serpentes botrópicas. O alinhamento com outras seqüências completas de PLA2 BK49 mostrou a presença de algumas mutações importantes. Assim, as substituições Y?N(27), N?P(58) e L?F(114) não modificaram os efeitos biológicos aqui estudados, revelando que poderiam estar relacionados com outras atividades. Os resíduos N(28), K(111), L(32) poderiam contribuir com a interrupção da catálise. Esta nova PLA2 K49 BbTX-II mostrou miotoxicidade local in vivo, atividade inflamatória e letalidade, corroborando que se enquadra dentro da família de proteínas PLAB2B K49. Os estudos de neurotoxicidade revelaram um efeito neurotóxico in vitro na preparação biventer cervicis de pintainho (20 µg/ml). BbTX-II e BbTX-III mostraram ser miotoxinas com atividade edematogênica e neurotóxica, independentemente de apresentarem atividade catalítica (BbTX-III) ou não (BbTX-II) Apoiando a existência de regiões moleculares distintas à catalítica responsáveis pelos efeitos farmacológicos. Os efeitos farmacológicos da toxina BbTX-III (PLA2B D49) provavelmente tenham uma estrita relação entre a atividade enzimática e a ligação da toxina com micro-domínios na membrana plasmática onde sua atividade seja maximizada e cause danos relevantes na organização da membrana. No caso da BbTX-II (PLAB2 K49) possivelmente a combinação de aminoácidos aromáticos/hidrofóbicos e positivamente carregados da região C-terminal seja a responsável de alterar a integridade da membrana plasmática. / Abstract: The enzymes PLA2 coming of venom snake are studied intensely due to that the poisonings constitute one of the main problems of health in many countries. On the other hand, these toxins help to reveal unknown aspects of the cellular and tissue physiology. In this work, we presented the purification and biochemical and pharmacological characterization of two myotoxic phospholipases A2: BbTX-II and BbTX-III from Bothrops brazili venom. The two proteins were isolated and purified using a simple and fast procedure involving two chromatographic steps, molecular exclusion in Sephadex G-75 and reverse-phase HPLC (C-18 column). Both myotoxins showed around 13 and 27 kDa (for monomers and dimers, respectively) relative mass. MALDI-TOf mass spectrometry confirmed the purity of the proteins showing molecular masses around 13,8 kDa. Amino acid analysis showed a high content of hydrophobic and basic amino acids as well as 14 cysteine residues. BbTX-III presented PLA2 activity in the presence of a chromogenic substrate, showing sigmoidal behavior, mainly at low concentrations. Maximum PLA2 activity was reached at pH 8 and 35-45 oC. Maximum activity required Ca2+ and, in the presence of Mg2+, Mn2+, Cd2+ and Zn2+, was reduced at similar levels as observed in the absence of Ca2+. Amino acids analysis of composition showed high presence of Lys, His and Arg (pI 8,46). The presence of 14 cystein residues suggested the formation of 7 disulfide bridges. Sequence homology of the PLA2 BbTX-III revealed positions extremely conserved in PLA2 S(1), L(2), E(4) 7 to 10 (QMIL), Y(21). The conserved residues Y(28), G(30), G(32), D(49), H(48) and Y(52) are direct or indirectly linked to the catalysis. Besides, BbTX-III presented some mutations: K(35) -> G(35), R(51) -> Y(51) and D(118) -> A(118) that are strategically positioned for the expression of catalytic activity. Despite these substitutions, the pharmacological and catalytic activities are maintained. The neurotoxic effect of BbTX-III was analyzed in vitro at chick biventer cervicis muscle preparation. Our results showed that the blockage of the muscle contraction was lower when compared with crotalic venoms. BbTX-III demonstrated in vivo myotoxic local effect through the liberation of creatine kinase (CK) and inflammatory effect through paw edema. As BbTX-III produced strong inflammatory effect, the phospholipids hydrolysis could be relevant in this phenomenon. BbTX-II was characterized as PLA2 homologous K49 (catalytically inactive), because its chemical and physical evidenced characteristics: mass of 13,68 kDa, 121 amino acids residues, basic character (pI 8.73) and high sequential homology in its primary structure, when compared with other PLA2 K49 from venom of Botrhops serpents. The alignment with other complete sequences of PLA2 homologous K49 showed the presence of some important mutations. Substitutions Y->N(27), N->P(58), and L->F(114) did not modify the biological activities here studied, revealing that it could be related to other activities. The residues N(28), K(111), L(32) could contribute with the interruption of the catalysis. This new PLA2 K49 BbTX-II showed in vivo myotoxic local effect, inflammatory and lethality activities, evidencing it was fitted to the family of proteins PLA2 K49 homologous. Beside BbTX-II revealed in vitro neurotoxyc effect at chick biventer cervicis muscle preparation (20 µg/mL). BbTX-II and BbTX-III showed to be myotoxins to activity edematogenic and neurotoxyc independently of present catalytic activity (BbTX-III) or no (BbTX-II) Supporting the existence of molecular areas different to the catalytic responsible for the pharmacological effects. The pharmacological effects of the toxin BbTX-III (PLA2 D49) they probably have a strict relationship between the enzymatic activity and binding of the toxin with micro-domains in the plasmatic membrane where the activity is maximized and cause relevant damages in the organization of the membrane. In the case of the BbTX-II (PLA2 K49) possibly the combination of amino acids aromatics/hidrophobics and positively loaded of the area C-terminal it is the responsible of altering the integrity of the plasmatic membrane. / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

As fosfolipases são bastante estudadas e podem ser encontradas de forma abundante nas peçonhas. Algumas fosfolipases que sofrem modificação no resíduo 49 com a substituição do aminoácido Asp por Lys, o que provoca perda do seu sítio catalítico, são classificadas como miotoxinas. A miotoxina BthTX-I foi isolada da peçonha de Bothrops jararacussu, possui 121 resíduos de aminoácidos, pI 8,2 e massa molecular de 13kDa. O objetivo do presente projeto foi avaliar a ação da BthTX-I, quanto à sua ação citotóxica, indutora de morte celular, interferência na cinética celular e expressão de genes responsáveis pela morte celular em quatro linhagens tumorais, HL-60 (leucemia promielocítica), HepG-2 (hepatocarcinoma humano), PC-12 (feocromacitoma murino) e B16F10 (melanoma murino). Também foi analisada a indução de citocinas inflamatórias IL-8 e TNF-? em linhagens humanas HL-60 e HepG2. A citotoxicidade, avaliada pela metodologia do MTT, apresentou valores citotóxicos em torno de 62, 53, 53 e 63%, respectivamente para HepG2, HL-60, PC12 e B16F10. A toxina mostrou ação moduladora do ciclo celular na fase S em células HepG2; na fase G2/M em células HL-60. Nas linhagens B16F10 e PC-12 a toxina provocou atraso na fase G0/G1 e redução de células na fase S e G2/M. O perfil eletroforético em gel de agarose a 1,5% mostrou fragmentação do conteúdo do DNA, indicando possível apoptose, que foi confirmada pelo ensaio de morte celular por citometria de fluxo. O ensaio revelou que a linhagem B16F10 tem maior índice apoptótico (~40%), seguido da HepG2 (~35%), PC-12 (~25%) e HL-60 (~4%). A indução de citocinas pela metodologia de ELISA apresentou valores elevados de IL-8 para linhagem HL-60 (~400 pg/mL) e HepG2 (~400 pg/mL), sugerindo uma possível quimiotaxia/migração de células de defesa. TNF- ? também apresentou alteração em seus níveis representando cerca de 150 pg/mL na linhagem HepG2. A expressão dos genes Bax, Bcl-2 e p53 demonstrou que o gene p53 se altera somente na linhagem HepG2, todavia a expressão dos genes Bax e Bcl-2 mostrou ser diferente para cada linhagem. Em células B16F10 a toxina aumentou os níveis de Bax e diminuiu os níveis de Bcl-2 enquanto que, as células PC-12 exibiram aumento nos níveis de ambos. Em HepG2 houve redução da expressão do gene antiapoptótico Bcl-2 e valor inalterado de Bax, ao passo que a linhagem HL-60 apresentou resultado contrário ao de células HepG2, com aumento na expressão de Bax e valores inalterados de Bcl-2. Assim a toxina mostra diferente ação na expressão dos genes responsáveis pela apoptose em diferentes linhagens celulares, mostrando que a BthTX-I influencia a expressão desses genes, ou promove apenas a alteração de dessses, levando assim à apoptose celular das linhagens tratadas com a miotoxina. Diante dos dados obtidos ficou evidenciado o potencial antitumoral da BThTX-I levando a busca de outros mecanismos de atuação da toxina, abrindo perspectivas de sua aplicação biotecnológica para a produção de novo fármaco antitumoral e tornando-se uma terapia alternativa a essa enfermidade. / Phospholipases are widely studied and can be found in abundance in several animal venoms. Some phospholipases, classified as myotoxins, present a modification at residue 49, with replacement of the amino acid Asp by Lys, causing loss of their catalytic site. BthTX-I was isolated from the venom of Bothrops jararacussu and is a myotoxin with 121 amino acid residues, pI 8.2 and a molecular mass of 13kDa. The aim of this study was to evaluate BthTX-I regarding its cytotoxic action, induction of cell death, interference with cell kinetics and expression of genes responsible for cell death in four tumor cell lines: HL-60 (promyelocytic leukemia), HepG2 (human hepatocellular carcinoma), PC-12 (murine pheochromocytoma) and B16F10 (murine melanoma). The induction of inflammatory cytokines (IL-8 and TNF-?) in the human cell lines HepG2 and HL-60 was also analyzed. Cytotoxicity, as assessed by the MTT methodology, showed values around 62, 53, 53 and 63% for HepG2, HL-60, PC12 and B16F10, respectively. The toxin showed modulating action of the cell cycle in the S phase in HepG2 cells, in the G2/M phase in HL-60 cells and delay in the G0/G1 phase. The toxin also caused a delay in the G0/G1 phase and reduced the number of cells in the S and G2/M phases in B16F10 and PC-12 cell lines. The electrophoretic profile on 1,5% agarose gel showed fragmentation of DNA content, possibly indicating apoptosis, which was confirmed by flow cytometry cell death assays. This assay revealed that B16F10 cells presented a higher apoptotic rate (~40%), followed by HepG2 (~35%), PC-12 (~25%) and HL-60 (~4%) cells. Induction of cytokines analyzed by ELISA showed high levels of IL-8 in HL-60 (~400 pg/mL) and HepG2 (~400 pg/mL) cells, suggesting a possible chemotaxis and migration of immune cells. The levels of TNF-? also showed changes, representing about 150 pg/mL in HepG2 cells and 14 pg/mL in HL-60 cells. Gene expression of Bax, Bcl-2 and p53 showed that the p53 gene did not change only in HepG2 cells, with the gene expression of Bax and Bcl-2 being different for each cell line. The toxin increased the levels of Bax and decreased the levels of Bcl-2 in B16F10 cells, while PC-12 cells showed increased levels of both genes. Regarding HepG2 cells, a decrease in the expression of the antiapoptotic gene Bcl-2 was observed, with unchanged values for Bax, while opposite results were observed for HL-60 cells, with increased expression of Bax and unchanged values of Bcl-2. Thus, the toxin showed different actions on the expression of genes responsible for apoptosis in different cell lines, showing that BthTX-I influences the expression of both genes, promoting changes in one or another apoptotic gene, thus leading the tumor cell lines treated with this myotoxin to apoptosis. The obtained data evidenced the antitumor potential of BthTX-I, leading to the search for other mechanisms of action of this toxin and opening prospects for its biotechnological applications for the production of new anti-cancer drugs.

A bothropstoxina I (BthTX-I) é uma miotoxina isolada do veneno da serpente brasileira Bothrops jararacussu, a qual é um membro da família das fosfolipases A2, mas não apresentam atividade catalítica devido á substituição D49K. A proteína for fornecida pelo Prof. Dr. J. R. Giglio e Profa. Dra. A. C. O. Cintra do Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto e usada em experimentos de cristalização, os quais foram realizados usando a técnica de difusão de vapor \"hanging drop\" a 18°C. A BthTX-I cristalizou em tampão HEPES 0.1 M, pH variando entre 7.0 e 7.6. O agente precipitante foi o (NH4)SO4 em concentrações que variaram de 57% a 62% de saturação. A coleta de dados foi inicialmente feita utilizando o difratômetro automático R-AXIS IIC da Rigaku Co. do Laboratório de Cristalografia de proteínas do IFSC-USP. Subseqüentemente foi realizado uma segunda coleta de dados no SERC Daresbury Laboratory na Inglaterra, usando radiação síncrotron. A BthTX-I cristalizou no grupo espacial P3121 com os seguintes parâmetros de rede: a=b=57.58 ANGSTROM, c= 131.27 ANGSTROM, ALPHA=BETA=90° e GAMA=120°. O processamento de dados foi realizado com o programa MOSFLM, conduzindo a um Rmerge=6.3% e completeza de 99.6% a uma resolução de 2.1 ANGSTROM. A estrutura foi resolvida por Substituição Molecular, utilizando o programa AMoRe, onde foi utilizada como modelo inicial a estrutura da miotoxina da serpente Agkistrodon piscivorus piscivorus e refinada usando o programa XPLOR que conduziu a um fator Rfinal= 18.7% e Rfree=27.4%. A unidade assimétrica contém dois monômeros, os quais podem ser escolhidos de forma a apresentar interações similares aquelas descritas para a miotoxina II da Bothrops asper. A superfície de interface é entretanto, surpreendentemente pequena quando comparada com outras estruturas diméricas e a complementaridade é menor do que o valor esperado. Um modelo teórico para a ligação do fosfolipídeo na BthTX-I sugere que nenhuma interação direta entre a ligação ester sn-2 e a K49 deve ser esperada de forma a explicar a falta de atividade catalítica. Foi visto também, que é possível se reproduzir um dendrograma baseado na seqüência de aminoácidos, pelo uso de estruturas tridimensionais para os membros da família das PLA2 / Bothropstoxin- I (BthTX-I) is a myotoxin isolated from the Brazilian snake Bothrops jararacussu which is a member of the phospholipase A2 but presents no catalytic activity due to a D49K substitution. Protein was provided from the Departamento de Medecina de Ribeirão Preto by Prof. Dr. J. R. Giglio and Profa. Dra. A. C. O. Cintra and used in crystallization experiments which were performed using the vapor diffusion technique in hanging drops at 18°C. The BthTX-I crystallized in 0.1 M HEPES, pH ranging from 7.0 to 7.6. The precipitant was (NH4)SO4 in concentrations ranging from 57% to 62%. The data collection was initially performed using the automatic difractometer R-AXIS IIC from the Rigaku Co. at the Laboratório de Cristalografia of IFSC-USP. Subsequently a second data set was collected at SERC Daresbury Laboratory in England using synchrotron radiation. BthTX-I crystallizes in space group P3121 with a=b=57.58 ANGSTROM, c= 131.27 ANGSTROM, ALPHA=BETA=90° e GAMA=120°. Processing of the data was performed with the MOSFLM program yielding an Rmerge= 6.3% and completeness of 99.6% at 2.1 ANGSTROM. resolution. The structure was solved by Molecular Replacement using the package AMoRe with the Agkistrodon piscivorus piscivorus enzyme as search model and refined using the refinement program X-PLOR to a Rfinal= 18.7% and Rfree=27.4%. The asymmetric unit contains two BthTX-I monomers, which can be chosen such that they present similar interactions to those described for the homologous myotoxin II from Bothrops asper. The interface is, however, surprisingly small when compared to other dimeric structures and is less complementary than expected. A theorical model for phospholipid building to BthTX-I suggests that no direct interactions between the sn-2 ester bond and K49 would be expected, thus explaining the lack of catalytic activity. It is shown that it is possible to reproduce a dendrogram based on amino acid sequences and by the use of three dimensional structures for members of the PLA2 family

A bothropstoxina I (BthTX-I) é uma miotoxina isolada do veneno da serpente brasileira Bothrops jararacussu, a qual é um membro da família das fosfolipases A2, mas não apresentam atividade catalítica devido á substituição D49K. A proteína for fornecida pelo Prof. Dr. J. R. Giglio e Profa. Dra. A. C. O. Cintra do Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto e usada em experimentos de cristalização, os quais foram realizados usando a técnica de difusão de vapor \"hanging drop\" a 18°C. A BthTX-I cristalizou em tampão HEPES 0.1 M, pH variando entre 7.0 e 7.6. O agente precipitante foi o (NH4)SO4 em concentrações que variaram de 57% a 62% de saturação. A coleta de dados foi inicialmente feita utilizando o difratômetro automático R-AXIS IIC da Rigaku Co. do Laboratório de Cristalografia de proteínas do IFSC-USP. Subseqüentemente foi realizado uma segunda coleta de dados no SERC Daresbury Laboratory na Inglaterra, usando radiação síncrotron. A BthTX-I cristalizou no grupo espacial P3121 com os seguintes parâmetros de rede: a=b=57.58 ANGSTROM, c= 131.27 ANGSTROM, ALPHA=BETA=90° e GAMA=120°. O processamento de dados foi realizado com o programa MOSFLM, conduzindo a um Rmerge=6.3% e completeza de 99.6% a uma resolução de 2.1 ANGSTROM. A estrutura foi resolvida por Substituição Molecular, utilizando o programa AMoRe, onde foi utilizada como modelo inicial a estrutura da miotoxina da serpente Agkistrodon piscivorus piscivorus e refinada usando o programa XPLOR que conduziu a um fator Rfinal= 18.7% e Rfree=27.4%. A unidade assimétrica contém dois monômeros, os quais podem ser escolhidos de forma a apresentar interações similares aquelas descritas para a miotoxina II da Bothrops asper. A superfície de interface é entretanto, surpreendentemente pequena quando comparada com outras estruturas diméricas e a complementaridade é menor do que o valor esperado. Um modelo teórico para a ligação do fosfolipídeo na BthTX-I sugere que nenhuma interação direta entre a ligação ester sn-2 e a K49 deve ser esperada de forma a explicar a falta de atividade catalítica. Foi visto também, que é possível se reproduzir um dendrograma baseado na seqüência de aminoácidos, pelo uso de estruturas tridimensionais para os membros da família das PLA2 / Bothropstoxin- I (BthTX-I) is a myotoxin isolated from the Brazilian snake Bothrops jararacussu which is a member of the phospholipase A2 but presents no catalytic activity due to a D49K substitution. Protein was provided from the Departamento de Medecina de Ribeirão Preto by Prof. Dr. J. R. Giglio and Profa. Dra. A. C. O. Cintra and used in crystallization experiments which were performed using the vapor diffusion technique in hanging drops at 18°C. The BthTX-I crystallized in 0.1 M HEPES, pH ranging from 7.0 to 7.6. The precipitant was (NH4)SO4 in concentrations ranging from 57% to 62%. The data collection was initially performed using the automatic difractometer R-AXIS IIC from the Rigaku Co. at the Laboratório de Cristalografia of IFSC-USP. Subsequently a second data set was collected at SERC Daresbury Laboratory in England using synchrotron radiation. BthTX-I crystallizes in space group P3121 with a=b=57.58 ANGSTROM, c= 131.27 ANGSTROM, ALPHA=BETA=90° e GAMA=120°. Processing of the data was performed with the MOSFLM program yielding an Rmerge= 6.3% and completeness of 99.6% at 2.1 ANGSTROM. resolution. The structure was solved by Molecular Replacement using the package AMoRe with the Agkistrodon piscivorus piscivorus enzyme as search model and refined using the refinement program X-PLOR to a Rfinal= 18.7% and Rfree=27.4%. The asymmetric unit contains two BthTX-I monomers, which can be chosen such that they present similar interactions to those described for the homologous myotoxin II from Bothrops asper. The interface is, however, surprisingly small when compared to other dimeric structures and is less complementary than expected. A theorical model for phospholipid building to BthTX-I suggests that no direct interactions between the sn-2 ester bond and K49 would be expected, thus explaining the lack of catalytic activity. It is shown that it is possible to reproduce a dendrogram based on amino acid sequences and by the use of three dimensional structures for members of the PLA2 family

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2016-05-17T20:16:41Z No. of bitstreams: 1 Adriano Silvio dos Santos.pdf: 1418434 bytes, checksum: 4ac5ef78eb225e6693c107993f6ee978 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-17T20:16:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriano Silvio dos Santos.pdf: 1418434 bytes, checksum: 4ac5ef78eb225e6693c107993f6ee978 (MD5) Previous issue date: 2015-02-24 / Snakes venom of the Bothrops species induces a local inflammatory reaction, characterized by pain, edema, leukocyte migration and can be accompanied by tissue necrosis. The use of antivenom performs the function of neutralizing the greatest possible amount of circulating venom, thus minimizing its systemic effects, but its action does not extend to local manifestations, and thus require the use of another therapeutic option to control this reaction. The low level laser therapy (LLLT) is used as an alternative treatment in cases of muscle injury due to its biological effects, such as analgesics, anitinflamatory and healing. In a previous study of our lab it was found that LBP can enhance the viability of C2C12 muscle cells after the addition of B. jararacussu venom in the medium and that this effect of LBP is related to protection of the cell membrane. In the present study we analyzed the effect of LBP in the cell monolayer integrity, viability of muscle cells, exposed to injury by myotoxins BthTX - I - and BthTX - II isolated from Bothrops jararacussu venom. Cells received BthTX – I (75 μg / mL) and were immediately irradiated with LLLT Aluminum Indium Gallium Phosphate and Aluminium Gallium Arsenide, the wavelengths (λ) 685nm and 830 nm, power density 4 J/cm2, 100mW of power, total energy 1,3 J, application time of 13 and 35 seconds per point and the cells were incubated for 15, 30 and 60 minutes. The results demonstrated that BthTX – I affect cell viability in a dose dependent manner, but did not change cell integrity. The concentration of 75 μg/mL was chosen for the experiments with LBP. LLLT caused an significant increase in cell viability in all the analyzed period of time and in the λ 685 nm and 830 nm against Bothrops I toxin, however in the LBP λ 685 nm against Bothrops toxin II was effective only at 15 min, while the LBP at λ 830 was effective at 15 and 60 min. The LLLT was not able to change the LDH release at all times and wavelength used. Thus, LBP was able to protect C2C12 muscle cells against the miotoxic effect of isolated myotoxins isolated from B. jararacussu venom. Therefore, the results suggest that LLLT can be considered an effective therapeutic tool in patients bitten by snakes. / O veneno das serpentes do gênero Bothrops induz uma reação inflamatória local intensa, caracterizada por dor, formação de edema, migração leucocitária, podendo ser acompanhada por necrose tecidual. A utilização do soro antibotrópico desempenha a função de neutralizar a maior quantidade possível do veneno circulante, minimizando assim seus efeitos sistêmicos, porém sua ação não se estende às manifestações locais, sendo assim necessário o uso de outro recurso terapêutico para o controle dessa manifestação. A laserterapia de baixa potência (LBP) é uma alternativa de tratamento em situações de lesão muscular, devido a seus efeitos biológicos, tais como analgésicos, antinflamatórios e cicatrizantes. Em trabalhos anteriores realizados em nosso laboratório, verificou-se que o LBP foi capaz de aumentar a viabilidade de células musculares C2C12, após a adição do veneno de B. jararacussu e que esse efeito do LBP é relacionado a uma proteção da membrana celular. Assim, o objetivo deste trabalho foi analisar o efeito do LBP em células musculares C2C12 submetidas à lesão por miotoxinas (BthTX - I e BthTX - II) isoladas do veneno da serpente Bothrops jararacussu quanto a: viabilidade, descolamento celular e liberação da enzima LDH. As células receberam a BthTX – I e BthTX – II na dose 75 μg/mL e foram imediatamente irradiadas com LBP Índio Gálio Alumínio Fósforo e Arseneto de Gálio Alumínio, nos comprimentos de onda (λ) 685 nm vermelho e 830 nm infra-vermelho, de forma pontual, tempo de aplicação de 13 s e 35 s respectivamente e as células foram incubadas por 15, 30 e 60 minutos. Os resultados demonstraram que a BthTX - I e BthTX - II afetou a viabilidade celular de forma dose-dependente, sendo escolhida a dose 75 μg/mL para a realização dos experimentos com o LBP, porém não foi capaz de causar alterações na integridade. O LBP causou aumento significativo na viabilidade celular, em todos os tempos analisados no λ 685 nm e 830 nm frente à BthTX - I, entretanto o LBP no λ 685 nm e λ 830 frente a BthTX - II foi efetivo somente no tempo de 15 e 60. O LBP não foi capaz de diminuir a liberação de LDH em todos os tempos analisados e com os dois λ utilizados. Desta forma, verificou-se que o LBP foi capaz de proteger as células musculares C2C12 contra o efeito miotóxico das miotoxinas isoladas do veneno B. jararacussu e que esta proteção está relacionada ao efeito protetor a nível mitocondrial. Ainda, os resultados obtidos sugerem que o LBP pode ser considerado uma ferramenta terapêutica eficaz em pacientes picados por serpentes.

As fosfolipases A2 secretadas, particularmente do grupo II são abundantes nos venenos de serpentes, incluindo o gênero Bothrops e estão envolvidas em diversos processos fisiológicos e fisiopatológicos, como inflamação e dor, incluindo artrite. Contudo, não está totalmente caracterizado o papel da FLA2 para a gênese e manutenção dos quadros de inflamação articular. Nosso objetivo foi padronizar um novo modelo de artrite, utilizando sFLA2 do grupo IIA (miotoxina II) isolada do veneno da serpente Bothrops asper e avaliar a mediação química envolvida no processo nociceptivo deste quadro. Os resultados indicaram aumento de permeabilidade vascular, infiltrado celular e hiperalgesia. A hiperalgesia é um processo multimediado com a participação de prostanóides, sendo sua produção decorrente da ativação de FLA2 endógenas. Estes dados sugerem que esta FLA2 pode se tornar uma ferramenta científica importante para o entendimento dos mecanismos fisiopatológicos envolvidos nos processos de inflamação articular. / Secretory phospholipases A2 are abundant in different animal tissues and particularly group II are found in venom snakes and are proteins involved in many physiological and pathophysiological processes, like inflammation and pain, components of arthritis. However, the involvement of PLA2 in the genesis and maintenance of articular inflammation is not well characterized. Our aim is to characterize the articular inflammatory response induced by Lys 49-PLA2 (IIA group) isolated from B. asper snake venom. It was analyzed the nociceptive process involved, developing a new experimental model of articular inflammation. Our results indicated that sPLA2 induces increase in the vascular permeability, cell migration and hyperalgesia. Hyperalgesia is a multimediated process and prostanoids are involved in the nociceptive process, being its production dependent of the endogenous PLA2 activation. These data indicate that this PLA2 could be an important scientific tool for the understanding of the pathophysiological mechanisms involved in articular inflammation processes.

Os efeitos da MT-I, uma fosfolipase A2 isolada do veneno de Bothrops asper (VBa), foram avaliados em mastócitos (MC) em cultura, quanto à: i) desgranulação e liberação de prostaglandina E2 (PGE2); ii) papel da atividade catalítica na desgranulação; iii) papel da PLD, PLC, cPLA2, iPLA2, PI3K, MAPK, PKC, PTK, ERK1/2, Junk, Gαi, Gαq e do cálcio na desgranulação; iv) expressão gênica de citocinas Th1 e Th2, e v) alterações ultraestruturais em MC. Os resultados mostraram que a MT-I, em concentrações não citotóxicas, causou a desgranulação de MC. Este efeito foi parcialmente dependente da atividade catalítica e dependente da cPLA2, PLC, PLD e PI3K, mas não da iPLA2, ERK1/2, p38MAPK, PKC, MEK, Junk, Gαi e Gαq. O cálcio intra e extracelular (CRAC e LTCC) estão envolvidos neste efeito da MT-I. Ainda, a MT-I induziu a síntese e liberação da PGE2, expressão de genes de citocinas Th1 e Th2, aumento do número de vesículas citoplasmáticas e de endocitose dependente de clatrina. O VBa também causou a desgranulação de MC sugerindo que a MT-I é relevante para este efeito. / The effects of Myotoxin-I (MT-I), a phospholipase A2 (PLA2) from Bothrops asper venom (BaV) in cultured mast cells (MC) were evaluated focusing: i) degranulation and prostaglandin E2 (PGE2) release; ii) role of PLA2 catalytic activity in degranulation; iii) role of PLD and PLC, cPLA2 and iPLA2, PI3K, MAPK, PKC, PTK, ERK1/2, Junk, Gαi and Gαq protein and calcium in degranulation; iv) gene expression of Th1 and Th2 cytokines, and v) MC ultrastructural alterations. Results showed that MT-I, at non-cytotoxic concentrations, caused MC degranulation. This effect was partially dependent on its catalytic activity and dependent on cPLA2, PLC, PLD and PI3K, but not iPLA2, ERK1/2, p38MAPK, PKC, MEK, Junk, Gαi nor Gαq. Both intra and extracellular calcium (CRAC and LTCC) are involved in MT-I-induced degranulation. Furthermore, MT-I induced synthesis and release of PGE2, gene expression of Th1 and Th2 cytokines, increased numbers of cytoplasmic vesicles and clathrin-dependent endocytosis. BaV also caused MC degranulation suggesting that MT-I is relevant for this effect.