Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-20T11:06:25Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rogerio Coutinho das Neves - 2015.pdf: 6048850 bytes, checksum: 1bac6d1d4aa28a3cf0ebbb228b593986 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-20T11:12:51Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rogerio Coutinho das Neves - 2015.pdf: 6048850 bytes, checksum: 1bac6d1d4aa28a3cf0ebbb228b593986 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-20T11:12:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rogerio Coutinho das Neves - 2015.pdf: 6048850 bytes, checksum: 1bac6d1d4aa28a3cf0ebbb228b593986 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Outbreaks caused by atypical mycobacteria are considered as an emerging problem in Brazil and Goias, being frequently associated with invasive procedures, such as laparoscopy, arthroscopy, and aesthetic surgeries among others. Treatment of mycobacteriosis requires highly toxic drugs with doubtful sterilizing effects. Consequently, several studies aim to search for new drugs or molecules with anti-mycobacterial biological activities. The objective of this study was to prospect biomolecules from the venom of the social wasp Polybia paulista (Vespoidea, Vespidae, Polistinae) and from the Tityus sp scorpion with antimycobacteria activity against Mycobacterium abscessus subsp. bolletii (GO06). Peptides from the wasp and scorpion venoms were evaluated in broth microdilution assay and in macrophage infected cultures to determine minimum inhibitory concentration. Peptides with antimycobacterial activity were further evaluated by scanning electron microscopy of M. abscessus subsp. bolletii treated cultures. The peptide toxicities were evaluated on macrophage cultures. Peptides Agelaia-MP, Polybia-MPII, and AVA, derived from wasp and peptides AMP 1, 2, 4, 6, and 8 derived from scorpion presented antimycobacterial activities. AVA and AMP 4 peptides were not toxic for macrophages. In this work three peptides derived from the wasp venom and five peptides derived from the scorpion venom were identified as having antimycobacterial activity. / Surtos causados por micobactérias atípicas são considerados emergentes no Brasil e em Goiás e têm tem sido associados a procedimentos invasivos, como a laparoscopia, artroscopia e cirurgia estética dentre outros. O tratamento de micobacterioses envolve drogas altamente tóxicas que apresentam efeito esterilizante relativo. Portanto, vários estudos têm como alvo a busca de novas drogas ou moléculas biológicas com atividade micobactericida. O objetivo deste estudo foi prospectar biomoléculas do veneno de vespa social Polybia paulista (Vespoidea, Vespidae, Polistinae) e de escorpiões do gênero Tityus com atividade micobactericida in vitro contra Mycobacterium abscessus subsp. bolletii (GO06). Peptídeos derivados do veneno da vespa e do escorpião foram avaliados por microdiluição em caldo, e em culturas de macrófagos infectados determinando a concentração inibitória mínima. Para os peptídeos com atividade micobactericida, o potencial dano causado à parede celular da micobactéria foi analisado por microscopia eletrônica de varredura. A toxicidade de dois peptídeos com potencial uso farmacológico foram avaliados em culturas de macrófagos peritoneais de camundongos BALB/c. Os peptídeos Agelaia-MP, Polybia-MPII e AVA derivados do veneno da vespa e os peptídeos AMP 1, 2, 4, 6 e 8 derivados do veneno de escorpião apresentaram atividade micobactericida. Os peptídeos micobactericidas agem desestruturando os envoltório das bacilos de M. abscessos subsp. bolletti. Os peptídeos AVA e o AMP 4 não apresentaram toxicidade para culturas de macrófagos, e reduziram a carga bacilar de culturas de macrófagos infectadas com M. abscessus subsp. bolletii. Neste trabalho identificou-se três peptídeos derivados da peçonha de vespa e cinco peptídeos derivados de veneno de escorpião com atividade micobactericida.

Peptídeos antimicrobianos (PAMs) fazem parte de um dos mecanismos da imunidade inata contra infecções. A microplusina é um PAM de 10.204 Da, isolado da hemolinfa livre de células e dos ovos do carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus. É um PAM aniônico em pH fisiológico, possui seis resíduos de cisteína, com formação de três pontes dissulfeto, além de sete resíduos de histidina concentrados principalmente na sua porção C-terminal. O presente trabalho teve como objetivo investigar o mecanismo de ação antimicrobiana da microplusina. A microplusina recombinante é ativa contra várias bactérias Gram-positivas e fungos, porém não apresenta atividade contra bactérias Gram-negativas. Para avaliar o seu mecanismo de ação, foram utilizados dois modelos: a bactéria Micrococcus luteus e o fungo Cryptococcus neoformans. A microplusina é bacteriostática contra M. luteus e apresenta localização intracelular na bactéria. Além disso, observamos que a microplusina liga cobre e que a adição deste metal ao meio de cultivo reduz sua atividade antibacteriana. Bactérias M. luteus pré-incubadas com microplusina retomam o seu crescimento quando cobre é adicionado ao meio. Estes dados indicam que a atividade da microplusina está relacionada à sua habilidade de depletar cobre do meio extra ou intracelular, sugerindo um efeito nutricional para o peptídeo. A microplusina apresenta estrutura terciária com cinco a-hélices e sua ligação ao cobre não induz mudanças conformacionais. Observou-se que as histidinas 1, 2 e 74 da microplusina podem estar envolvidas na formação de um sítio de ligação ao cobre. Quanto à C. neoformans, verificou-se que a microplusina inibe a melanização do fungo, um fator de virulência catalisado pela lacase, uma enzima cobre-dependente. Entretanto, a microplusina não afeta a atividade da lacase, nem sua expressão gênica. O peptídeo também não inibe a auto-polimerização de substratos fenólicos que levam à melanização. Sendo assim, mais estudos são necessários a fim de avaliar o mecanismo pelo qual a microplusina inibe a melanização. Adicionalmente, a microplusina afeta a viabilidade do fungo e reduz o tamanho de sua cápsula, outro importante fator de virulência. As atividades da microplusina sobre C. neoformans sugerem o seu potencial terapêutico. Experimentos in vivo com modelo murino, mostraram que a microplusina reduz o processo inflamatório e a viabilidade de C. neoformans nos pulmões, indicando que em condições otimizadas, o peptídeo pode atuar no controle de infecções. / Antimicrobial peptides (AMPs) take part of innate immune mechanisms against infections. Microplusin is a 10,204 Da AMP, isolated from cell-free hemolymph and eggs of the tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus. It is an anionic AMP at physiological pH, with six cysteine residues forming three disulfide bridges and seven histidine residues clustered mainly at the carboxy end portion. The goal of the present work was investigate the antimicrobial action mechanism of microplusin. Recombinant microplusin is active against Gram-positive bacteria and fungi, however, no activity is detected for Gram-negative bacteria. Two models were used to evaluate the action mechanism of microplusin: the bacteria Micrococcus luteus and the yeast Cryptococcus neoformans. Microplusin is bacteriostatic against M. luteus and its localization is intracellular for these bacteria. Moreover, microplusin binds copper and the addition of this metal into the medium reduces its antibacterial activity. M. luteus bacteria pre-treated with microplusin recover its growth when copper is added. These data indicate that microplusin activity is related to its ability to deplete copper present in the extracellular or intracellular environment, suggesting a nutritional effect. Microplusin presents a tertiary structure with five a-helix and the copper binding does not induce conformation changes. In addition, it was observed that histidines 1, 2 and 74 from microplusin may be involved in the formation of a copper binding site. About C. neoformans, it was verified microplusin inhibits its melanization, a virulence factor catalyzed by laccase, a copper dependent enzyme. However, microplusin does affect neither laccase activity nor its gene expression. The melanization caused by auto-polymerazation of phenolic substrates, is also not inhibited by microplusin. Hence, additional studies are required to evaluate the mechanism by which microplusin inhibits melanization. In addition, microplusin also affects the fungi viability and reduces the capsule size, another important virulence factor.The microplusin activities against C. neoformans suggest its therapeutic potential. In vivo experiments with murine model showed that microplusin reduces the inflammation and the viability of C. neoformans in the lungs, indicating that, in optimized conditions, the peptide may act in the infection control.

O melanoma cutâneo é a neoplasia de pele de maior mortalidade e grande imprevisibilidade na sua evolução. Na doença disseminada, as opções terapêuticas são pouco eficazes. A pesquisa de novos marcadores tumorais permite a melhor compreensão da patogênese do melanoma e possibilita a descoberta de alvos moleculares. A proteína Dermicidina (DCD) foi identificada entre os 9 genes de uma assinatura gênica de predição de diagnóstico clínico do melanoma humano, porém vários autores divergem sobre o papel desta na doença e os mecanismos moleculares pelos quais a DCD atua nos tumores permanecem incertos. O presente estudo teve como objetivo investigar o papel da DCD na tumorigênese do melanoma maligno e correlacionar sua expressão com dados clínicos, demográficos e patológicos dos pacientes. Através da técnica de imuno-histoquímica em lâminas de TMAs (tissue-microarray), o padrão de expressão de DCD foi analisado em tecido tumoral de duas coortes de pacientes, a primeira com 53 casos tratados no Hospital A.C. Camargo, predominantemente caucasianos, e a segunda com 48 casos, todos asiáticos, obtidos comercialmente da empresa IMGENEX. A análise in situ da Dermicidina mostrou que a proteína está expressa de forma heterogênea nas células tumorais, e pode ocorrer tanto em tumores amelanocíticos como melanocíticos. Em melanomas primários, a expressão de DCD foi mais frequente em tumores localizados nas regiões do tronco e membros superiores, já nas metástases, a proteína foi detectada predominantemente em células em transito nos linfonodos (69,23% dos casos). Analisando os resultados dos 101 pacientes das duas coortes em conjunto, pelo método de Kaplan-Meier, foi confirmado que nos indivíduos com tumores DCD-negativo, a taxa de sobrevida foi de 65,54% em 60 meses, e de 62,86% em 130 meses. Já indivíduos com tumor DCD-positivo tiveram sobrevida de 43,33% em 5 anos, e 28,12% em 130 meses, sendo a diferença significante entre os grupos (p=0,0229). A taxa de óbito dos pacientes com tumor DCD-positivo foi mais elevada, 56%, quando comparada à taxa dos indivíduos com tumor DCDnegativo, 33,33% (p=0,0281). Também foi encontrada uma tendência de tumores expressando DCD se relacionarem a pacientes com idade superior a 50 anos (p=0,1057). Em uma consulta de 4 estudos diferentes que reuniram os dados de sequenciamento de DNA de tumores de 515 pacientes, observamos que o gene DCD, em melanomas, não se encontra predominantemente amplificado, mas sim mutado. A substituição E43K foi a alteração mais frequente, correspondendo a 70% dos casos com mutação no gene. Ao relacionarmos os casos disponíveis de mutação em DCD com os genes BRAF, NRAS, MITF, CDKN2A e ERBB4, encontrou-se uma associação com a mutação BRAF V600E nos casos em que ocorria a mutação DCD E43K. Por ter alta frequência em melanomas (variando entre 45 e 54%), e ser um indicador de pior prognóstico para a neoplasia, a expressão de DCD pode ser considerada um potencial biomarcador / Cutaneous melanoma is the skin neoplasia with the highest mortality rate and great unpredictability in its evolution. In disseminated disease, the treatment options are little effective. The research for new tumor markers allows a better understanding of the pathogenesis of melanoma and enables the discovery of molecular targets. The Dermcidin protein (DCD) was identified among the nine genes of a gene signature predicting clinical diagnosis of human melanoma, although many authors differ on its role in the disease and the molecular mechanisms by which DCD acts in tumors remain unclear. The present study aimed to investigate the role of DCD in the tumorigenesis of malignant melanoma and to correlate its expression with clinical, demographic and pathologic data of patients. Using the technique of immunohistochemistry in TMA slides (tissue microarray), the expression pattern of DCD was analyzed in tumoral tissue of two cohorts of patients, the first with 53 cases treated in hospital AC Camargo, predominantly caucasians, and the second with 48 cases, all Asians, commercially obtained from IMGENEX company. The in situ analysis of Dermcidin showed that the protein is expressed in a heterogeneous manner in tumor cells, and can occur in non-melanocytic as well as in melanocytic tumors. In the primary melanoma, DCD expression was more seen in tumors located in the regions of torso and upper limbs. In the metastases, the protein was found predominantly in cells in transit in the lymph nodes (69.23% of cases). Analyzing the 101 patients of the two cohorts together, by the Kaplan-Meier method, it was confirmed that patients with DCD-negative, the survival rate was 65.54% in 60 months, and 62.86% in 130 months, while the group of patients with DCD-positive tumor had 43.33% in 5 years, and 22.12% in 130 months, knowing that a difference between the groups was significative (p=0.0229). The death rate of patients with DCD-positive tumor was higher, 56%, when compared with the death rate of individuals with DCD-negative tumor, 33.33% (p=0.0281). It was also found a trend of tumors expressing DCD related to patients older than 50 years (p=0.1057). In a search of 4 different studies grouping the DNA sequencing tumor of 515 patients we observed that the DCD gene, in melanoma, is not predominantly amplified, but mutated. The E43K substitution was the most frequent alteration, corresponding to 70% of cases of gene mutation. When comparing the available cases of mutations in DCD with the genes BRAF, NRAS, MITF, CDKN2A, ERBB4, we found an association with the BRAF V600E mutation in cases where occurred the DCD E43K. By having high frequency in melanomas (ranging between 45 and 54%) and being an indicator of poor prognosis for the neoplasia, DCD expression can be considered as a potential biomarker

A hemoglobina (Hb) é uma fonte reconhecida de peptídeos com funções biológicas diversas. O fragmento 33-61 da cadeia α da Hb, isolado do trato gastrointestinal do carrapato Boophilus microplus, foi o primeiro a ser descrito com ação antimicrobiana. O seu análogo sintético amidado, Hb33-61a, mostrou-se ativo contra bactérias Gram-positivas e fungos [Fogaça et al. (1999) J. Biol. Chem. 274, 25330-4]. O estudo de análogos do Hb33-61 nas formas amidada e com carboxila livre revelou que a amidação provoca aumento significativo da atividade frente a Candida albicans. Por apresentar propriedades biológicas e estruturais idênticas às do Hb33-61a, o Hb40-61a pareceu ser a sua porção mÌnima ativa [Sforça et al. (2005) Biochemistry 44, 6440- 51; Machado et al. (2007) Biopolymers 88, 413-26]. Para comprovar tal sugestão, no presente trabalho, sintetizamos, purificamos e caracterizamos novos an·logos do Hb33-61a, bem como os avaliamos quanto às suas atividades frente a C. albicans e Micrococcus luteus. Os resultados confirmaram a sugestão apenas para a ação antifúngica. O análogo Hb40-61a também se mostrou ativo frente a C. albicans resistente a fluconazol. A sua atividade antifúngica se mostrou fortemente dependente da força iônica do meio. A sua baixa atividade hemolítica foi confirmada mesmo em meio de baixa força iônica. O peptídeo Hb40-61a não apresentou sinergismo com o fluconazol frente a C. albicans. A cinética de morte celular mostrou que ele mata a levedura de forma rápida. Portanto, esta hemocidina sintética pode apresentar valor comercial se a via de administração for tópica ou se o seu uso envolver meios de baixa força iônica. Além disso, ela é um modelo valioso para o estudo do mecanismo de ação de peptídeos antimicrobianos com características estruturais similares e pode servir de base para o desenho de novos agentes antibiôticos. / It is well known that hemoglobin (Hb) is a source of biologically active peptides. The fragment 33-61 of bovine hemoglobin α-chain, isolated from the gut contents of the tick Boophilus microplus, was the first identified with antimicrobial activity . Its amidated analogue, Hb33-61a, showed to be active against Gram-positive bacteria and fungi strains [FogaÁa et al. (1999) J. Biol. Chem. 274, 25330-4]. The study of a series of carboxyl-free and amidated synthetic analogues of Hb33-61 revealed that C-terminus amidation enhances the activity against Candida albicans. Since Hb33-61a and Hb40-61a presented identical biological and structural properties, it seemed that Hb40-61a was Hb33-61a minimal active motif [SforÁa et al. (2005) Biochemistry 44, 6440- To test this suggestion, in the present study 51; Machado et al. (2007) Biopolymers 88, 413-26]. we synthesized, purified and characterized Hb40-61a analogues and assayed them against C. albicans and Micrococcus luteus. The results confirmed the suggestion only for the antifungal activity. When tested against fluconazole-resistant C. albicans, Hb40-61a was also active. Its antifungal activity showed to be dependent on the ionic strength of the medium. Its low hemolytic activity was confirmed even under low ionic strength conditions. Hb40-61a had no synergic effect with fluconazole on C. albicans. In vitro time-kill assays demonstrated that Hb40-61a kills the yeast rapidly. Therefore, this synthetic hemocidin may be of commercial interest for topical application or other uses involving low ionic strength medium. Moreover, it can serve as a template for the study of the mechanism of action of structurally related antimicrobial peptides or for the design of novel antibiotic drugs.

Neste trabalho, estudamos a interação de um peptídeo antimicrobiano com membranas modelo, por meio de dicroísmo circular (CD), fluorescência e microscopia óptica. Tal peptídeo, chamado de híbrido, foi sintetizado como uma mistura das regiões mais ativas de dois outros peptídeos antimicrobianos, chamados de pediocina A e plantaricina 149. Esse peptídeo híbrido possui carga de +8, em pH fisiológico, e as membranas estudadas foram compostas por uma mistura de fosfolipídeos zwiteriônicos (cabeça polar de fosfatidilcolina, PC) e aniônicos (cabeça polar de fosfatidilglicerol, PG), em diferentes razões molares. Os resultados de CD evidenciaram que este peptídeo se apresenta de forma desordenada em solução aquosa, porém adota uma conformação helicoidal na presença de grandes vesículas unilamelares carregadas negativamente (LUVs). A quantidade de componente helicoidal é dependente da quantidade de lipídeo negativo presente na bicamada lipídica. A fluorescência do triptofano revelou um deslocamento para o azul muito significativo, chegando a 20 nm para membranas compostas por 100 mol% de PG. Os dois resultados (CD e fluorescência) indicam que a região dos aminoácidos que contém o triptofano deve estar interagindo muito fortemente com a região hidrofóbica da membrana, numa conformação tipo-helicoidal. Experimentos de vazamento de carboxifluoresceína encapsulada em LUVs, por espectroscopia de fluorescência, demonstraram a ação lítica do peptídeo induzindo a formação de poros nas membranas, independentemente da composição das LUVs. Entretanto, a razão molar peptídeo:lipídeo necessária para induzir vazamento da sonda foi menor para membranas lipídicas compostas por bicamadas contendo altas quantidades de PG. Tal fato coloca em evidência o papel fundamental da interação eletrostática entre os peptídeos carregados positivamente com as membranas carregadas negativamente para o processo de ligação e mecanismo de ação deste peptídeo. Para estudar mais detalhadamente o mecanismo de ação, realizamos experimentos de microscopia óptica em vesículas unilamelares gigantes. Concluímos que o peptídeo provoca total desestabilização das vesículas unilamelares gigantes, com formação de poros, seguidos de ruptura da bicamada lipídica e sua transformação em pequenos e mal definidos complexos de peptídeos e fosfolipídeos. / In this work, we investigated the interaction between an antibacterial peptide with model membranes, by means of circular dichroism (CD), fluorescence and optical microscopy. Such a peptide was synthesized from the most active regions of two others antimicrobial peptides, namely pediocin A and plantaricin 149. The hybrid peptide has a net charge of ~ +8, at physiological pH, and the studied model membranes were composed of a mixture of zwitterionic phospholipids (phosphatidylcholine polar head) and anionic phospholipids (phosphatidylglycerol polar head), at differente molar ratio. The CD results evidenced that the peptide was essentially structureless in aqueous solution, but acquired an helical conformation in the presence of charged large unillamellar vesicles LUVs. The helical content is dependent on the negative charge amount on membrane surface. The tryptophan fluorescence revealed a significant blue shift of the maximium emission wavelength, up to 20 nm for the membranes composed of 100 mol% of PG in respect to the peptide fluorescence in the aqueous solution. This indicates that part of the aminoacid residues, that contains the tryptophan, must be buried into the hydrophobic medium of the lipid membrane. Leakage experiments using fluorescence spectroscopy of carboxyfluorescein encapsulated in LUVs demonstrated the lytic action of the peptide, inducing the pore formation in the membrane, regardless of lipid membrane composition. However, it should be stressed that the peptide:lipid molar ratio necessary to induce probe leakage was smaller for lipid membranes made up of large PG amounts. Such evidence points out the key role of the electrostatic interaction between a positively charged peptide and the negatively charged membrane, mediated by hydrophobic contribution. To gain further insight into the lytic mechanism of the peptide, we performed single vesicle experiments using giant unilamellar vesicles under optical microscopy observations. We conclude that the peptide provokes a total membrane desestabilization, with pore formation, followed by a membrane disruption and its transformation into smaller and not well defined complexes of phospholipids and peptides.

A resistência aos antibióticos adquirida por micro-organismos patogênicos é um problema de saúde mundial e, por isso, o desenvolvimento de novos agentes antimicrobianos vem sendo amplamente estimulado. Sabendo que muitos peptídeos bioativos correspondem a fragmentos peptídicos de proteínas e/ou seus análogos, este trabalho teve o objetivo de desenvolver novos peptídeos antimicrobianos (AMPs) a partir das sequências aminoacídicas e das estruturas 3D de proteínas possivelmente envolvidas na atividade antimicrobiana de venenos de serpentes pouco estudados. As etapas iniciais seguidas foram: a) escolher uma fosfolipase A2 (PLA2) de veneno de serpente peruana do gênero Bothrops da família Viperidae com sequência de aminoácidos conhecida e modelar por homologia a sua estrutura 3D; b) verificar atividade antimicrobiana em venenos de serpentes peruanas dos gêneros Bothrops e Bothriopsis da família Viperidae, selecionar um veneno ativo, fracioná-lo para isolar proteínas provavelmente envolvidas nessa atividade, tripsinizar as proteínas isoladas, sequenciar os fragmentos trípticos para identificá-las, localizar esses fragmentos em sequências aminoacídicas de proteínas com estruturas 3D disponíveis correlatas às proteínas isoladas/identificadas em classe, função e fonte natural. Em seguida, foram escolhidos fragmentos peptídicos da PLA2 (item a) e das proteínas isoladas do veneno ativo (item b) e/ou desenhados análogos que apresentassem características exibidas por AMPs conhecidos. Os peptídeos desenhados foram sintetizados, purificados, caracterizados e testados em suas atividades antimicrobianas. Os modelos estruturais 3D da PLA2 de Bothrops pictus e quatro peptídeos (PLA2-1 a -4) amidados derivados dela foram obtidos, sendo o PLA2-1 ativo frente a Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Candida krusei e Candida parapsilosis (MICs de 6,25-200 µmol.mL-1). Dos três venenos de serpentes peruanas testados, Bothrops taeniatta, Bothrops barnetti e Bothriopsis oligolepis, os dois últimos inibiram o crescimento de S. aureus (MICs 0,78-50 µmol.mL-1), mas apenas B. oligolepis demonstrou espectro de ação amplo. O seu fracionamento sequencial, acompanhado de ensaios de inibição do crescimento de S. aureus, gerou frações ativas relativamente homogêneas que, tripsinizadas e os fragmentos trípticos sequenciados, continham metalo-peptidases do tipo III, serino-peptidase ou lectinas do tipo C. A verificação de atividade enzimática e de coagulação sanguínea nessas frações confirmaram as naturezas das proteínas isoladas. Dos três peptídeos amidados (Bo-Ser1, Bo-Met1 e Bo-Lec1) desenhados a partir de suas estruturas, um deles foi ativo frente às leveduras C. albicans, C. krusei e C. parapsilosis (Bo-Met1; MIC de 6,25 - 200 µmol.mL-1). Pela primeira vez, foi demonstrado que: a) os venenos das serpentes peruanas B. barnetti e B. oligolepis apresentam ação antimicrobiana, sendo o último de espectro amplo; b) que as proteínas acima citadas, que incluem uma serino-peptidase, estão envolvidas com essa propriedade do veneno de B. oligolepis; c) que as sequências aminoacídicas e modelo 3D de uma PLA2 ácida e de proteínas presentes nos venenos das serpentes peruanas B. pictus e Bothriopsis oligolepis podem funcionar como fontes naturais para o desenvolvimento de novos AMPs de ação potente em micro-organismos de interesse clínico e científico. / Resistance to antibiotics obtained by pathogenic microorganisms is a global health problem, so the search for new antimicrobial agents has been encouraged. Knowing that many protein fragments and analogues are bioactive peptides, the aim of this work was to develop new antimicrobial peptides (AMPs) based on the amino acid sequences and 3D structures of proteins apparently involved in the antimicrobial activity of snake venoms very little or not studied so far. The first steps taken were: a) selection of a phospholipase A2 (PLA2) present in the venom from a Peruvian Bothrops sp. belonging to the family Viperidae, whose amino acid sequence was known, to model by homology its 3D structure; b) detection of antimicrobial activity in venoms from other Peruvian Viperidae Bothrops and Bothriopsis snakes, selection of an active venom, fractionation of it for isolation of proteins possibly involved in the antimicrobial activity, trypsinization of the isolated proteins, sequencing of the tryptic fragments for protein identification, location of such fragments in the amino acid sequences and 3D structures of proteins directly related in class, function and natural source to the isolated proteins. Then, peptide fragments from the chosen PLA2 (item a) and from the isolated proteins (item b) that presented structural features found in the known AMPs were selected and/or their analogues were designed. Finally, synthesis, purification and characterization of the peptides with AMP potential, (viii) verification on whether or not they display antimicrobial activity. The 3D-structure models of Bothrops pictus PLA2 and four amidated peptides (PLA2-1 to -4) derived from it were obtained, being PLA2-1 active against Gram negative bacteria Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa as well as the yeasts Candida albicans, Candida krusei and Candida parapsilosis (MICs de 6.25-200 µmol.mL-1). Among the three Peruvian snake venoms tested Bothrops taeniatta, Bothrops barnetti and Bothriopsis oligolepis, the last two inhibited the growth of S. aureus (MICs 0.78-50 µmol.mL-1) and B. oligolepis presented a wide spectrum of bacterial action. Sequential fractionation followed by S. aureus growth inhibition assays of the main fractions led to active relatively homogeneous ones. Their trypsinization and sequencing of the tryptic fragments indicated that they contained metalloproteinases type III, serine-proteinase or lectins type CTL. Enzymatic activity and blood coagulation assays confirmed the nature of the isolated proteins. From the three amidated peptides (Bo-Ser1, Bo-Met1 e Bo-Lec1) derived from them, Bo-Met1 showed to be active against C. albicans, C. krusei e C. parapsilosis (MIC 6,25 - 200 µmol.mL-1). In summary, for the first time, it was demonstrated that: a) the venoms of the Peruvian snakes B. barnetti and B. oligolepis display antimicrobial activity, being the last of wide spectrum of action, b) the proteins isolated from B. oligolepis snake venom, including a serine-peptidase, are involved in the antimicrobial activity of the B. oligolepis snake venom, c) the amino acid sequences and 3D structures of acidic PLA2 and of other proteins found in the venoms of the Peruvian B. pictus e Bothriopsis oligolepis snakes can be used as safe and natural sources for the development of new AMPs potent against microorganisms of clinical and scientific interest.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-08Bitstream added on 2014-06-13T20:29:34Z : No. of bitstreams: 1 silva_avr_me_rcla.pdf: 1706887 bytes, checksum: eda68ea29b93397b581e427121535611 (MD5) / Neste trabalho estudou-se a estrutura, função e mecanismo de ação do peptídeo antibacteriano Protonectarina-MP (isolado de veneno da vespa social Protonectarina sylveirae) tendo seu resíduo C-terminal nas formas ácida (-OH) e amidada (-NH2). Os peptídeos foram sintetizados, utilizando-se a estratégia Fmoc, purificados por cromatografia líquida de alta performance. O monitoramento do material sintético foi feito por espectrometria de massas ESI-MS e por seqüenciamento através de Química Degradativa de Edman. A estrutura secundária foi investigada pelo uso de espectroscopia de dicroísmo circular e modelagem molecular. Atividade lítica (extravasamento) e interação do resíduo de triptofano em vesículas foram investigadas pelo uso de espectrômetro de fluorescência. Foram realizados ensaios sobre as interações desses peptídeos em meio de vesículas zwitteriônicas e aniônica, formando complexos proteolipossomos que foram submetidos à troca isotópica H/D monitorada por espectrometria de massas ESI-MS e MS/MS. Além disso, foram realizados ensaios biológicos de atividade hemolítica, de desgranulação de mastócito, de liberação da enzima citoplasmática Lactato Desidrogenase e de atividade antimicrobianas. Os dados de CD revelam uma tendência dos peptídeos se estruturarem em hélice-α em ambiente hidrofóbico e em ambiente de membranas. Porém, o mesmo não pode ser observado em meio aquoso. Os modelos obtidos para ambos os peptídeos por modelagem molecular mostram uma estruturação em hélice-α anfipática. Nos ensaios de atividade lítica em vesículas, os peptídeos apresentaram um processo com cooperatividade positiva, com curvas de dose-resposta que mostram uma dependência sigmoidal com a concentração do peptídeo. Os resultados da fluorescência do triptofanos mostram um deslocamento da emissão para a região de onda do azul para o peptídeo... / In the present work was studied the structure, function and mechanism of action of the antibacterial peptide Protonectarina-MP (isolated from venom of social wasp Protonectarina sylveirae) with its carboxyamidation (-NH2) and carboxyl-free (-OH) Cterminal forms. The peptides were manually synthesized on-solid phase by using Fmoc strategy and purified under HPLC. The homogeneity of the synthetic material was analyzed by ESI mass spectrometry and Edman Degradation Chemistry. The secondary structure was investigated through circular dichroism (CD) spectroscopy and molecular modeling. Lytic activity and peptides interaction with the membranes was also investigated through tryptophan emission, by fluorescence spectrometry. The interaction of peptides with zwitterionic and anionic vesicles was investigated through the combination of H/D exchange and ESI-mass spectrometry. Some biological activities, like: mast cell degranulation, release of cytoplasmic enzyme lactate dehydrogenase, hemolysis and antibiosis were investigated for both peptides. The CD spectra revealed that the peptides in hydrophobic environments or in presence of biological membranes have the tendency to form helix conformations; however, organized structures were not observed in aqueous or buffer solutions. The models obtained by molecular modeling show that both peptides form an amphipathic α-helix. The peptides presented a positive cooperative process in the lytic activity of vesicles, with dose-response curves presenting a sigmoidal dependence with the peptide concentration. The results of the fluorescence of tryptophans showed a shift of the emission wavelength to the blue region of the peptide Protonectarina-MP (-NH2), which was not observed for its analogue presenting the C-terminal residue in free acid form. This is indicating a greater interaction of the amidated peptide in membranes, when compared to the peptide... (Complete abstract click electronic access below)

Neste trabalho, estudamos a interação de um peptídeo antimicrobiano com membranas modelo, por meio de dicroísmo circular (CD), fluorescência e microscopia óptica. Tal peptídeo, chamado de híbrido, foi sintetizado como uma mistura das regiões mais ativas de dois outros peptídeos antimicrobianos, chamados de pediocina A e plantaricina 149. Esse peptídeo híbrido possui carga de +8, em pH fisiológico, e as membranas estudadas foram compostas por uma mistura de fosfolipídeos zwiteriônicos (cabeça polar de fosfatidilcolina, PC) e aniônicos (cabeça polar de fosfatidilglicerol, PG), em diferentes razões molares. Os resultados de CD evidenciaram que este peptídeo se apresenta de forma desordenada em solução aquosa, porém adota uma conformação helicoidal na presença de grandes vesículas unilamelares carregadas negativamente (LUVs). A quantidade de componente helicoidal é dependente da quantidade de lipídeo negativo presente na bicamada lipídica. A fluorescência do triptofano revelou um deslocamento para o azul muito significativo, chegando a 20 nm para membranas compostas por 100 mol% de PG. Os dois resultados (CD e fluorescência) indicam que a região dos aminoácidos que contém o triptofano deve estar interagindo muito fortemente com a região hidrofóbica da membrana, numa conformação tipo-helicoidal. Experimentos de vazamento de carboxifluoresceína encapsulada em LUVs, por espectroscopia de fluorescência, demonstraram a ação lítica do peptídeo induzindo a formação de poros nas membranas, independentemente da composição das LUVs. Entretanto, a razão molar peptídeo:lipídeo necessária para induzir vazamento da sonda foi menor para membranas lipídicas compostas por bicamadas contendo altas quantidades de PG. Tal fato coloca em evidência o papel fundamental da interação eletrostática entre os peptídeos carregados positivamente com as membranas carregadas negativamente para o processo de ligação e mecanismo de ação deste peptídeo. Para estudar mais detalhadamente o mecanismo de ação, realizamos experimentos de microscopia óptica em vesículas unilamelares gigantes. Concluímos que o peptídeo provoca total desestabilização das vesículas unilamelares gigantes, com formação de poros, seguidos de ruptura da bicamada lipídica e sua transformação em pequenos e mal definidos complexos de peptídeos e fosfolipídeos. / In this work, we investigated the interaction between an antibacterial peptide with model membranes, by means of circular dichroism (CD), fluorescence and optical microscopy. Such a peptide was synthesized from the most active regions of two others antimicrobial peptides, namely pediocin A and plantaricin 149. The hybrid peptide has a net charge of ~ +8, at physiological pH, and the studied model membranes were composed of a mixture of zwitterionic phospholipids (phosphatidylcholine polar head) and anionic phospholipids (phosphatidylglycerol polar head), at differente molar ratio. The CD results evidenced that the peptide was essentially structureless in aqueous solution, but acquired an helical conformation in the presence of charged large unillamellar vesicles LUVs. The helical content is dependent on the negative charge amount on membrane surface. The tryptophan fluorescence revealed a significant blue shift of the maximium emission wavelength, up to 20 nm for the membranes composed of 100 mol% of PG in respect to the peptide fluorescence in the aqueous solution. This indicates that part of the aminoacid residues, that contains the tryptophan, must be buried into the hydrophobic medium of the lipid membrane. Leakage experiments using fluorescence spectroscopy of carboxyfluorescein encapsulated in LUVs demonstrated the lytic action of the peptide, inducing the pore formation in the membrane, regardless of lipid membrane composition. However, it should be stressed that the peptide:lipid molar ratio necessary to induce probe leakage was smaller for lipid membranes made up of large PG amounts. Such evidence points out the key role of the electrostatic interaction between a positively charged peptide and the negatively charged membrane, mediated by hydrophobic contribution. To gain further insight into the lytic mechanism of the peptide, we performed single vesicle experiments using giant unilamellar vesicles under optical microscopy observations. We conclude that the peptide provokes a total membrane desestabilization, with pore formation, followed by a membrane disruption and its transformation into smaller and not well defined complexes of phospholipids and peptides.

A resistência aos antibióticos adquirida por micro-organismos patogênicos é um problema de saúde mundial e, por isso, o desenvolvimento de novos agentes antimicrobianos vem sendo amplamente estimulado. Sabendo que muitos peptídeos bioativos correspondem a fragmentos peptídicos de proteínas e/ou seus análogos, este trabalho teve o objetivo de desenvolver novos peptídeos antimicrobianos (AMPs) a partir das sequências aminoacídicas e das estruturas 3D de proteínas possivelmente envolvidas na atividade antimicrobiana de venenos de serpentes pouco estudados. As etapas iniciais seguidas foram: a) escolher uma fosfolipase A2 (PLA2) de veneno de serpente peruana do gênero Bothrops da família Viperidae com sequência de aminoácidos conhecida e modelar por homologia a sua estrutura 3D; b) verificar atividade antimicrobiana em venenos de serpentes peruanas dos gêneros Bothrops e Bothriopsis da família Viperidae, selecionar um veneno ativo, fracioná-lo para isolar proteínas provavelmente envolvidas nessa atividade, tripsinizar as proteínas isoladas, sequenciar os fragmentos trípticos para identificá-las, localizar esses fragmentos em sequências aminoacídicas de proteínas com estruturas 3D disponíveis correlatas às proteínas isoladas/identificadas em classe, função e fonte natural. Em seguida, foram escolhidos fragmentos peptídicos da PLA2 (item a) e das proteínas isoladas do veneno ativo (item b) e/ou desenhados análogos que apresentassem características exibidas por AMPs conhecidos. Os peptídeos desenhados foram sintetizados, purificados, caracterizados e testados em suas atividades antimicrobianas. Os modelos estruturais 3D da PLA2 de Bothrops pictus e quatro peptídeos (PLA2-1 a -4) amidados derivados dela foram obtidos, sendo o PLA2-1 ativo frente a Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Candida krusei e Candida parapsilosis (MICs de 6,25-200 µmol.mL-1). Dos três venenos de serpentes peruanas testados, Bothrops taeniatta, Bothrops barnetti e Bothriopsis oligolepis, os dois últimos inibiram o crescimento de S. aureus (MICs 0,78-50 µmol.mL-1), mas apenas B. oligolepis demonstrou espectro de ação amplo. O seu fracionamento sequencial, acompanhado de ensaios de inibição do crescimento de S. aureus, gerou frações ativas relativamente homogêneas que, tripsinizadas e os fragmentos trípticos sequenciados, continham metalo-peptidases do tipo III, serino-peptidase ou lectinas do tipo C. A verificação de atividade enzimática e de coagulação sanguínea nessas frações confirmaram as naturezas das proteínas isoladas. Dos três peptídeos amidados (Bo-Ser1, Bo-Met1 e Bo-Lec1) desenhados a partir de suas estruturas, um deles foi ativo frente às leveduras C. albicans, C. krusei e C. parapsilosis (Bo-Met1; MIC de 6,25 - 200 µmol.mL-1). Pela primeira vez, foi demonstrado que: a) os venenos das serpentes peruanas B. barnetti e B. oligolepis apresentam ação antimicrobiana, sendo o último de espectro amplo; b) que as proteínas acima citadas, que incluem uma serino-peptidase, estão envolvidas com essa propriedade do veneno de B. oligolepis; c) que as sequências aminoacídicas e modelo 3D de uma PLA2 ácida e de proteínas presentes nos venenos das serpentes peruanas B. pictus e Bothriopsis oligolepis podem funcionar como fontes naturais para o desenvolvimento de novos AMPs de ação potente em micro-organismos de interesse clínico e científico. / Resistance to antibiotics obtained by pathogenic microorganisms is a global health problem, so the search for new antimicrobial agents has been encouraged. Knowing that many protein fragments and analogues are bioactive peptides, the aim of this work was to develop new antimicrobial peptides (AMPs) based on the amino acid sequences and 3D structures of proteins apparently involved in the antimicrobial activity of snake venoms very little or not studied so far. The first steps taken were: a) selection of a phospholipase A2 (PLA2) present in the venom from a Peruvian Bothrops sp. belonging to the family Viperidae, whose amino acid sequence was known, to model by homology its 3D structure; b) detection of antimicrobial activity in venoms from other Peruvian Viperidae Bothrops and Bothriopsis snakes, selection of an active venom, fractionation of it for isolation of proteins possibly involved in the antimicrobial activity, trypsinization of the isolated proteins, sequencing of the tryptic fragments for protein identification, location of such fragments in the amino acid sequences and 3D structures of proteins directly related in class, function and natural source to the isolated proteins. Then, peptide fragments from the chosen PLA2 (item a) and from the isolated proteins (item b) that presented structural features found in the known AMPs were selected and/or their analogues were designed. Finally, synthesis, purification and characterization of the peptides with AMP potential, (viii) verification on whether or not they display antimicrobial activity. The 3D-structure models of Bothrops pictus PLA2 and four amidated peptides (PLA2-1 to -4) derived from it were obtained, being PLA2-1 active against Gram negative bacteria Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa as well as the yeasts Candida albicans, Candida krusei and Candida parapsilosis (MICs de 6.25-200 µmol.mL-1). Among the three Peruvian snake venoms tested Bothrops taeniatta, Bothrops barnetti and Bothriopsis oligolepis, the last two inhibited the growth of S. aureus (MICs 0.78-50 µmol.mL-1) and B. oligolepis presented a wide spectrum of bacterial action. Sequential fractionation followed by S. aureus growth inhibition assays of the main fractions led to active relatively homogeneous ones. Their trypsinization and sequencing of the tryptic fragments indicated that they contained metalloproteinases type III, serine-proteinase or lectins type CTL. Enzymatic activity and blood coagulation assays confirmed the nature of the isolated proteins. From the three amidated peptides (Bo-Ser1, Bo-Met1 e Bo-Lec1) derived from them, Bo-Met1 showed to be active against C. albicans, C. krusei e C. parapsilosis (MIC 6,25 - 200 µmol.mL-1). In summary, for the first time, it was demonstrated that: a) the venoms of the Peruvian snakes B. barnetti and B. oligolepis display antimicrobial activity, being the last of wide spectrum of action, b) the proteins isolated from B. oligolepis snake venom, including a serine-peptidase, are involved in the antimicrobial activity of the B. oligolepis snake venom, c) the amino acid sequences and 3D structures of acidic PLA2 and of other proteins found in the venoms of the Peruvian B. pictus e Bothriopsis oligolepis snakes can be used as safe and natural sources for the development of new AMPs potent against microorganisms of clinical and scientific interest.

O melanoma cutâneo é a neoplasia de pele de maior mortalidade e grande imprevisibilidade na sua evolução. Na doença disseminada, as opções terapêuticas são pouco eficazes. A pesquisa de novos marcadores tumorais permite a melhor compreensão da patogênese do melanoma e possibilita a descoberta de alvos moleculares. A proteína Dermicidina (DCD) foi identificada entre os 9 genes de uma assinatura gênica de predição de diagnóstico clínico do melanoma humano, porém vários autores divergem sobre o papel desta na doença e os mecanismos moleculares pelos quais a DCD atua nos tumores permanecem incertos. O presente estudo teve como objetivo investigar o papel da DCD na tumorigênese do melanoma maligno e correlacionar sua expressão com dados clínicos, demográficos e patológicos dos pacientes. Através da técnica de imuno-histoquímica em lâminas de TMAs (tissue-microarray), o padrão de expressão de DCD foi analisado em tecido tumoral de duas coortes de pacientes, a primeira com 53 casos tratados no Hospital A.C. Camargo, predominantemente caucasianos, e a segunda com 48 casos, todos asiáticos, obtidos comercialmente da empresa IMGENEX. A análise in situ da Dermicidina mostrou que a proteína está expressa de forma heterogênea nas células tumorais, e pode ocorrer tanto em tumores amelanocíticos como melanocíticos. Em melanomas primários, a expressão de DCD foi mais frequente em tumores localizados nas regiões do tronco e membros superiores, já nas metástases, a proteína foi detectada predominantemente em células em transito nos linfonodos (69,23% dos casos). Analisando os resultados dos 101 pacientes das duas coortes em conjunto, pelo método de Kaplan-Meier, foi confirmado que nos indivíduos com tumores DCD-negativo, a taxa de sobrevida foi de 65,54% em 60 meses, e de 62,86% em 130 meses. Já indivíduos com tumor DCD-positivo tiveram sobrevida de 43,33% em 5 anos, e 28,12% em 130 meses, sendo a diferença significante entre os grupos (p=0,0229). A taxa de óbito dos pacientes com tumor DCD-positivo foi mais elevada, 56%, quando comparada à taxa dos indivíduos com tumor DCDnegativo, 33,33% (p=0,0281). Também foi encontrada uma tendência de tumores expressando DCD se relacionarem a pacientes com idade superior a 50 anos (p=0,1057). Em uma consulta de 4 estudos diferentes que reuniram os dados de sequenciamento de DNA de tumores de 515 pacientes, observamos que o gene DCD, em melanomas, não se encontra predominantemente amplificado, mas sim mutado. A substituição E43K foi a alteração mais frequente, correspondendo a 70% dos casos com mutação no gene. Ao relacionarmos os casos disponíveis de mutação em DCD com os genes BRAF, NRAS, MITF, CDKN2A e ERBB4, encontrou-se uma associação com a mutação BRAF V600E nos casos em que ocorria a mutação DCD E43K. Por ter alta frequência em melanomas (variando entre 45 e 54%), e ser um indicador de pior prognóstico para a neoplasia, a expressão de DCD pode ser considerada um potencial biomarcador / Cutaneous melanoma is the skin neoplasia with the highest mortality rate and great unpredictability in its evolution. In disseminated disease, the treatment options are little effective. The research for new tumor markers allows a better understanding of the pathogenesis of melanoma and enables the discovery of molecular targets. The Dermcidin protein (DCD) was identified among the nine genes of a gene signature predicting clinical diagnosis of human melanoma, although many authors differ on its role in the disease and the molecular mechanisms by which DCD acts in tumors remain unclear. The present study aimed to investigate the role of DCD in the tumorigenesis of malignant melanoma and to correlate its expression with clinical, demographic and pathologic data of patients. Using the technique of immunohistochemistry in TMA slides (tissue microarray), the expression pattern of DCD was analyzed in tumoral tissue of two cohorts of patients, the first with 53 cases treated in hospital AC Camargo, predominantly caucasians, and the second with 48 cases, all Asians, commercially obtained from IMGENEX company. The in situ analysis of Dermcidin showed that the protein is expressed in a heterogeneous manner in tumor cells, and can occur in non-melanocytic as well as in melanocytic tumors. In the primary melanoma, DCD expression was more seen in tumors located in the regions of torso and upper limbs. In the metastases, the protein was found predominantly in cells in transit in the lymph nodes (69.23% of cases). Analyzing the 101 patients of the two cohorts together, by the Kaplan-Meier method, it was confirmed that patients with DCD-negative, the survival rate was 65.54% in 60 months, and 62.86% in 130 months, while the group of patients with DCD-positive tumor had 43.33% in 5 years, and 22.12% in 130 months, knowing that a difference between the groups was significative (p=0.0229). The death rate of patients with DCD-positive tumor was higher, 56%, when compared with the death rate of individuals with DCD-negative tumor, 33.33% (p=0.0281). It was also found a trend of tumors expressing DCD related to patients older than 50 years (p=0.1057). In a search of 4 different studies grouping the DNA sequencing tumor of 515 patients we observed that the DCD gene, in melanoma, is not predominantly amplified, but mutated. The E43K substitution was the most frequent alteration, corresponding to 70% of cases of gene mutation. When comparing the available cases of mutations in DCD with the genes BRAF, NRAS, MITF, CDKN2A, ERBB4, we found an association with the BRAF V600E mutation in cases where occurred the DCD E43K. By having high frequency in melanomas (ranging between 45 and 54%) and being an indicator of poor prognosis for the neoplasia, DCD expression can be considered as a potential biomarker