Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Animal, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-06-23T13:12:54Z No. of bitstreams: 1 2016_CarlosJoseCorreiaSantana.pdf: 4211658 bytes, checksum: 205d3007401d3ab41de38c51de3078b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-07-30T12:10:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_CarlosJoseCorreiaSantana.pdf: 4211658 bytes, checksum: 205d3007401d3ab41de38c51de3078b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-30T12:10:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_CarlosJoseCorreiaSantana.pdf: 4211658 bytes, checksum: 205d3007401d3ab41de38c51de3078b1 (MD5) / Atualmente, é crescente o número de micro-organismos resistentes aos antibióticos convencionais sendo imprescindível o desenvolvimento de novas alternativas que possam conter o aumento da resistência microbiana. Os peptídeos antimicrobianos surgem como uma alternativa interessante, pois atuam sobre a membrana plasmática, reduzindo a possibilidade de resistência. A secreção cutânea de anfíbios é uma fonte rica de peptídeos antimicrobianos e muitos destes também apresentam atividade antiproliferativa e citotóxica sobre células tumorais. O presente estudo teve como objetivo avaliar a secreção cutânea de Hypsiboas raniceps quanto à presença de peptídeos com atividade antiproliferativa e citotóxica sobre bactérias e fungos patogênicos, bem como células de melanoma murino (B16F10). Foram identificados e purificados dois peptídeos inéditos, denominados Hr22 e Hr24, com potente atividade sobre bactérias, principalmente sobre patógenos Gram-positivos e também mostraram-se ativos sobre eritrócitos humanos, células de melanona (B16F10) e fibroblastos normais (NIH3T3). No caso dos efeitos sobre células de melanoma, observou-se que os peptídeos também foram tóxicos para as células normais testadas, entretanto o peptídeo Hr24 indicou uma provável seletividade em relação às células de câncer, com uma dose efetiva com cerca da metade do valor obtido para as células normais. O tratamento empregando-se a dose correspondente ao IC75 do peptídeo Hr22 reduziu o número de células viáveis e a maioria das células apresentaram membrana plasmática danificada. Ambos os peptídeos induziram uma maior exposição de fosfatidilserina (marcada com anexina V-FITC) e não apresentaram marcação somente com iodeto de propídio (PI) quando testados na dose correspondente ao IC50. Empregando-se a dose do IC75 do peptídeo Hr22, observou-se alterações no potencial de membrana mitocondrial, além da fragmentação de DNA e alterações no ciclo celular, sugerindo morte celular por apoptose. Mais estudos são necessários para a melhor compreensão de como agem estes peptídeos. A produção de análogos com modificações estruturais podem melhorar suas atividades e especificidades tanto para micro-organismos quanto para células de câncer. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Currently, the number of microorganisms resistant to conventional antibiotics is rising, thus the development of new alternatives that may hold back this increase in resistance is essential. The antimicrobial peptides emerged as an attractive alternative because they act on the plasma membrane, reducing the possibility of resistance. Amphibian skin secretion is a rich source of these peptides and many of them also have activity on tumor cells. The present study aimed to evaluate Hypsiboas raniceps skin secretion for the presence of peptides with antiproliferative and cytotoxic activity against pathogenic bacteria and fungi, as well as murine melanoma cells (B16F10). Two novel peptides were identified, named Hr22 and Hr24, with potent activity against bacteria, especially on Gram-positive pathogens, also showing activity on human red blood cells, melanoma cells (B1F10) and normal fibroblasts (NIH3T3). In respect to the effects on melanoma cells, the peptides were also toxic to normal cell lines tested, however the Hr24 peptide indicated a probable selectivity in relation to cancer cells, with an effective dose of about half of the value obtained for normal cells. Treatment employing the corresponding IC75 dose of the Hr22 peptide reduced the number of viable cells and most cells showed plasma membrane damaged. Both peptides induced a higher exposure of phosphatidylserine (anexin V-FITC labeled) and were not labeled only with propidium iodide (PI) when tested with the corresponding IC50. Employing the IC75 dose of the Hr22 peptide, alterations were observed in the mitochondrial membrane potential, as well as DNA fragmentation and alterations in the cell cycle, suggesting cell death by apoptosis. More studies are needed to better understand how these peptides act. The production of analogs with structural modifications can improve their activities and specificities for both micro-organisms and cancer cells.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-09-02T15:07:52Z No. of bitstreams: 1 2016_AnaPauladeCastroCantuária.pdf: 14393789 bytes, checksum: 1c0ab3f5e6fc3fd66fb4ae339ffcd9fa (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-09-02T19:53:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AnaPauladeCastroCantuária.pdf: 14393789 bytes, checksum: 1c0ab3f5e6fc3fd66fb4ae339ffcd9fa (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T19:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AnaPauladeCastroCantuária.pdf: 14393789 bytes, checksum: 1c0ab3f5e6fc3fd66fb4ae339ffcd9fa (MD5) / O diabetes mellitus (DM) consiste em uma desordem metabólica caracterizada por hiperglicemia crônica que pode levar a lesão de células e tecidos. Uma das possíveis causas das lesões pode ser o desequilíbrio que ocorre no sistema imune. Nesta condição, inúmeros peptídeos já foram descritos com o potencial imunomodulador. Contudo, ainda não foi descrito na literatura o efeito desses peptídeos nas células imunes em condições de elevadas concentrações de glicose, associadas à estímulos infecciosos e inflamatórios. Sendo assim, este estudo objetivou verificar o potencial imunomodulador de peptídeos sintéticos frente a um modelo de hiperglicemia in vitro, avaliando a produção de mediadores pró- e anti-inflamatórios. Para tanto o estudo foi dividido em 3 fases: (1) avaliação da resposta in vitro das diferentes concentrações de glicose; (2) seleção dos peptídeos candidatos (LL-37, IDR-1018, IDR-1002 e DJK-6); e (3) avaliação da produção de citocinas in vitro na presença de 64 μg.mL-1 do peptídeo IDR-1018. Para tanto, foram realizados ensaio de viabilidade celular, seguido da dosagem de citocinas (ELISA e reação de Griess) em células RAW 264.7 incubadas com ou sem D-glicose, lipopolissacarídeo (LPS), recombinante interferon (rIFN)-γ e peptídeos. Foram determinadas a produção da proteína quimiotática de monócitos (MCP)-1, interleucina (IL)-1α, IL-6, fator de necrose tumoral (TNF)-α, IL-12, IL-10 e óxido nítrico (NO) na primeira e terceira fase e apenas IL-6, TNF-α e NO na segunda fase. Na primeira fase, os estímulos de glicose não foram capazes de alterar a viabilidade celular, ocorreu um aumento na produção de IL-6, TNF-α e IL-12, enquanto que a produção de IL-10 diminuiu. Na segunda fase, todos os peptídeos mantiveram a viabilidade das células. Dentre os peptídeos testados, o peptídeo IDR-1018 foi o escolhido para a fase seguinte, por diminuir a produção de TNF-α e manter os níveis basais de produção de NO, juntamente com o peptídeo LL-37, utilizado como peptídeo de comparação. E na terceira fase o IDR-1018 manteve os níveis basais de MCP-1, IL-6, IL-12 e IL-10, diminuiu a produção de TNF-α e aumentou a produção de NO, semelhante aos resultados obtidos na presença da LL-37. Desta maneira, a partir dos resultados obtidos, o peptídeo IDR-1018 sugere um efeito protetor, promovendo a manutenção dos níveis basais e não permitindo o aumento da produção dos mediadores pró-inflamatórios, para que assim não ocorra um possível dano celular. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Diabetes mellitus (DM) consists in a metabolic disorder characterized by chronic hyperglycemia, which may lead to cells and tissues damage. One of the possible causes of the injury can be the imbalance occurring in the immune system. In this condition, many peptides have been described with the immunomodulatory potential. However, it has not yet been described in the literature these peptides effects on the immune cells in conditions of high glucose concentrations, associated with infectious and inflammatory stimuli. Thus, this study aimed to verify the biotechnological potential of immunomodulatory synthetic peptides front of an in vitro hyperglycemia model, evaluating the production of pro- and anti-inflammatory mediators. For this, the study was divided into three phases: (1) assessing the in vitro response of different glucose concentrations; (2) selection of candidate peptides (LL-37, IDR-1018, IDR-1002 and DJK-6); and (3) evaluation of cytokine production in vitro in the presence of 64 μg.mL-1 IDR-1018 peptide. Therefore, there were carried cell viability assay, followed by cytokine assay (ELISA and Griess reaction) in RAW 264.7 cells incubated with or without D-glucose, lipopolysaccharide (LPS), recombinant interferon (rIFN)-γ and peptides. It were determined the production of monocyte chemoattractant protein (MCP) -1, interleukin (IL) -1α, IL-6, tumor necrosis factor (TNF)-α, IL-12, IL-10 and nitric oxide (NO) in first and third phase and only IL-6, TNF-α and NO in the second phase. In the first phase, the glucose stimuli were not capable of altering the cell viability. There was an increase in IL-6, TNF-α and IL-12 production, whereas IL-10 production decreased. In the second phase, all the peptides maintained the cell viability. Among the peptides tested, the IDR-1018 peptide was chosen for the next stage, by reducing TNF-α production and maintains basal levels of NO production, along with LL-37 peptide, used as a comparison peptide. And in the third stage, IDR -1018 maintained baseline levels of MCP-1, IL-6, IL-12 and IL-10, decreased TNF-α production and increased NO production, similar to the results obtained in the presence of LL-37. Thus, from the results, the IDR-1018 peptide suggests a protective effect in vitro, promoting the maintenance of baseline levels and not allowing the increasing production of pro-inflammatory mediators, which thereby does not happen possible cell damage.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-30T15:01:10Z No. of bitstreams: 1 2016_DanielAmaroSousa.pdf: 4401658 bytes, checksum: b3a650245da825ef86db8e24d979983a (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-13T18:58:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_DanielAmaroSousa.pdf: 4401658 bytes, checksum: b3a650245da825ef86db8e24d979983a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-13T18:58:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_DanielAmaroSousa.pdf: 4401658 bytes, checksum: b3a650245da825ef86db8e24d979983a (MD5) / Um dos mais importantes aspectos relacionados aos patógenos infecciosos pode ser relacionado à sua excepcional adaptabilidade para o desenvolvimento de resistência, o que leva a um desafio de descoberta de novas drogas antimicrobianas, com novos mecanismos de ação. Entre estes, os peptídeos antimicrobianos (PAMs) se apresentam como promissoras moléculas anti-infectivas. Buscando superar os altos custos associados com o isoladamente a partir de fontes naturais ou da síntese química de PAMs, propõem-se no presente trabalho a expressão do Pa-MAP 2, um PAM rico em alaninas. Para isso, este peptídeo foi fusionado a um marcador ELP-inteína, onde o ELP foi usado para promover a auto-agregação, possibilitando um isolamento rápido e de baixo custo. A inteína foi usada para permitir a liberação controlada do peptídeo. Para isso, o vetor pET 21a foi usado para produzir o Pa-MAP 2 fusionado a região N-terminal da inteína modificada Mxe GyrA, seguido por um ELP de 60 repetições. Após purificação, o Pa-MAP 2 demonstrou MIC contra E. coli ATCC 8739 de 25 μM. A análise do cultivo em biorreator demonstrou que o Pa-MAP 2 pode ser produzido tanto em meio rico quanto em meio definido, com rendimento 50 vezes superior que o reportado para outros peptídeos produzidos pelo sistema ELP-inteína, e em rendimentos comparáveis a sistemas de expressão com clivagem química ou proteases. Desta forma, a metodologia do presente trabalho contribui para aplicação biotecnológica dos PAMs. Os resultados aqui apresentados demonstram uma comparação de diferentes condições de cultivo, para obter alto rendimento do Pa-MAP 2, usando o sistema ELP-inteína, contribuindo para incluir os PAMs como futuras alternativas aos antimicrobianos convencionais. / One of the most important aspects related to infectious pathogens may be correlated to an exceptional adaptability in developing resistance, which leads to a challenge in the discovery of antimicrobial drugs with novel mechanisms of action. Among them, antimicrobial peptides (AMPs) stand out as promising anti-infective molecules. In order to overcome the high costs associated with isolation from natural sources or chemical synthesis of AMPs we propose the expression of Pa-MAP 2, a polyalanine AMP. Pa-MAP 2 was fused to an ELP-intein tag where the ELP was used to promote aggregation and fast and cost-effective isolation after expression, and the intein was used to stimulate a controlled AMP release. For these, the vector pET21a was used to produce Pa-MAP 2 fused to the N-termini region of a modified Mxe GyrA intein followed by 60 repetitions of ELP. Purified Pa-MAP 2 showed a MIC of 25 μM against E. coli ATCC 8739. Batch fermentation demonstrated that Pa-MAP 2 can be produced in both rich and defined media at yields 50-fold higher than reported for other AMPs produced by the ELP-intein system, and in comparable yields to expression systems with protease or chemical cleavage. Therefore, the methodology applied here contributes to the biotechnological application of AMPs. Our results show a comparison of different fermentation conditions to obtain high yields of Pa-MAP 2 using the ELP-intein system, contributing to including these molecules as future alternatives to conventional antibiotics in the pharmaceutical field.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-02-06T18:02:48Z No. of bitstreams: 1 2016_MarceloHenriqueSollerRamada_Parcial.pdf: 502741 bytes, checksum: 8fdcc3f44e414400d15a1a4a32e63254 (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2017-03-16T14:34:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarceloHenriqueSollerRamada_Parcial.pdf: 502741 bytes, checksum: 8fdcc3f44e414400d15a1a4a32e63254 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T14:34:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarceloHenriqueSollerRamada_Parcial.pdf: 502741 bytes, checksum: 8fdcc3f44e414400d15a1a4a32e63254 (MD5) / Há um número crescente de evidências demonstrando que a proteólise em matrizes biológicas pode gerar vários peptídeos bioativos de várias proteínas. Esses peptídeos, quando liberados, podem apresentar atividades diferentes daquela da proteína parental. Ex.: Atividades hipotensoras, opióides e antimicrobianas. Entretanto, vários outros peptídeos podem estar presos dentro de uma sequência polipeptídica, sem sítios de clivagem enzimática evidentes para sua liberação. Um recente aprofundamento na informação genômica de diferentes espécies demonstrou que há diversos peptídeos antimicrobianos encriptados em sequências proteicas maiores, evidenciando uma potencialidade pouco explorada. Nesta tese, abordamos a exploração desse potencial encriptado no genoma de plantas de interesse como Theobroma cacao, Arabidopsis thaliana, Citrus sinensis e Gossypium raimondii. Os possíveis peptídeos antimicrobianos intragênicos (PAIs), de cada uma das plantas de interesse, foram filtrados através do programa Kamal, utilizando diferentes parâmetros físico-químicos. No total, 21 PAIs foram selecionados, sintetizados quimicamente e avaliados quanto ao seu potencial de inibir o crescimento de fungos, leveduras e bactérias, patógenos de plantas ou humanos. Dezesseis PAIs inibiram, pelo menos, um dos microrganismos testados, alguns com atividades similares ou superiores aos peptídeos antimicrobianos (AMPs) DS01 e Asc-8. De quatro peptídeos testados, dois apresentaram sinergismo com antibióticos comerciais na inibição do crescimento de biofilmes de Candida albicans. Análises biofísicas também foram realizadas para melhor entender as propriedades dos peptídeos gerados. A estrutura secundária dos 21 PAIs e de outros 6 AMPs sintetizados foi avaliada na presença e ausência de vesículas modelo de fosfolipídios. O efeito que esses peptídeos causam na transição de fase das vesículas fosfolipídica também foi avaliado. Uma análise de componentes principais permitiu a categorização dos peptídeos em quatro grupos diferentes. Tal análise permitiu evidenciar a importância da hidrofobicidade e da possível formação de hélice na atividade dos peptídeos. Tais resultados permitiram um novo entendimento e evolução do nosso sistema de predição de moléculas antimicrobianas, que pode ser aplicar na busca de novos PAIs. A reinserção da informação do(s) PAI(s) nos respectivos genomas na tentativa de controlar doenças causadas por microrganismos, é uma perspectiva promissora para o futuro próximo. Também podemos destacar como perspectiva, estudos mais profundos contra patógenos humanos, na busca por novos antibióticos ou potencializadores dos atuais. / There is an increasing number of evidences demonstrating that physiological proteolysis can yield many bioactive peptides encrypted in various proteins. These peptides, once released, may show different biological activities than their respective parent-protein e.g. hypotensive, opioid and antimicrobial actions. However, other bioactive peptides may be stuck on a polypeptide chain with no evident proteolytic cleavage sites for its release. A recent survey in the genomic information of different species showed that there are many encrypted antimicrobial peptides in larger protein sequences highlighting an unexplored potential. In this thesis, we explored this encrypted potential in the genomes of plants such as Theobroma cacao, Arabidopsis thaliana, Citrus sinensis e Gossypium raimondii. The putative intragenic antimicrobial peptides (IAPs) of each plant were filtered using different physical-chemical parameters via Kamal software. A total of 21 IAPs were selected, chemically synthesized and tested for their potential to inhibit the growth of human and plant fungi, yeasts and bacteria. Sixteen IAPs inhibit, at least, one of the tested microorganisms showing similar or superior activities when compared to the antimicrobial peptides (AMPs) DS01 e Asc-8. Two out of four peptides tested for their potential to act in synergy with commercial antibiotics were able to enhance the inhibition on Candida albicans biofilm formation. Biophysical analysis of the IAPs were performed to increase our knowledge about the peptides properties. The secondary structure of 21 IAPs and 6 AMPs were evaluated in the presence or absence of model phospholipid vesicles. The effect that these peptides have on the main phase transition of this phospholipid vesicles was also evaluated. A principal component analysis of the biophysical data clustered the peptides in four different groups. This analysis also highlighted the importance of hydrophobicity and propensity to helix formation in the activity of the IAPs. The results herein allowed a new understanding and evolution on our antimicrobial molecule prediction system that can be used in the search for new IAPs. The reinsertion of the IAPs information in its respective genome as an attempt to control infections caused by microorganisms is a promising perspective for the near future, as well as a deeper study with human pathogens in the search for new antibiotics or enhancers for the commercial ones.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-16Bitstream added on 2014-06-13T20:59:09Z : No. of bitstreams: 1 altei_wf_me_araiq.pdf: 2709534 bytes, checksum: f938c1fad72974e7f636d0ca3476f37e (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este projeto é parte do projeto temático Conservation and Sustainable Use of the Plant Diversity from Cerrado and Atlantic Forest: Chemical Diversity and Prospecting for Potencial Drugs – Biota/FAPESP e descreve o isolamento, purificação e caracterização de peptídeos cíclicos presentes em Jatropha curcas L. Este tema foi proposto para o projeto temático por tratar-se de um assunto atual e inédito no Brasil, sendo importante no que diz respeito da descoberta de novas classes de produtos naturais. A obtenção dos peptídeos foi realizada através da partição do látex com acetato de etila e da aplicação de técnicas cromatográficas para sua purificação. Este procedimento permitiu a obtenção de dois peptídeos cíclicos, posteriormente caracterizados por análise de aminoácidos e espectrometria de massas. O seqüenciamento dessas substâncias foi realizado por Ressonância Magnética Nuclear, e permitiu identificar o peptídeo cíclico Polianina A [c(Pro-Leu- Gly-Val-Leu-Leu-Tyr)], já descrito na literatura, e um peptídeo de estrutura inédita, denominado Jatrofidina I [c(Leu-Leu-Asn-Leu-Trp-Cly-Pro-Gly)]. Análogos lineares e cíclicos desses peptídeos foram obtidos pela metodologia da síntese peptídica em fase sólida, empregando a estratégia Fmoc/tBu. Os análogos obtidos bem como os peptídeos naturais foram submetidos a diversos ensaios biológicos. Por fim, foi feita uma avaliação mensal qualitativa e/ou quantitativa do perfil ciclopeptídico de espécimes cultivadas de Jatropha curcas L.(Euphorbiaceae), gossypifolia, para verificar se ocorrem alterações na produção destas moléculas em função da época do ano. Os resultados mostraram que as 2 espécies produzem os peptídeos cíclicos durante o ano todo. É interessante notar que as descrições de peptídeos cíclicos na literatura foram obtidas de espécies de Jatropha... / This project is part of the thematic project Conservation and Sustainable Use of the Plant Diversity from Cerrado and Atlantic Forest: Chemical Diversity and Prospecting for Potencial Drugs – Biota/FAPESP, and deals with the isolation, purification and characterization of cyclic peptides from Jatropha curcas L. This is a quite new natural product subject in Brazil, which is also important for discovery from our biodiversity. These compounds were obtained through partition of the latex with ethyl acetate, followed of HPLC chromatography for separation and purification. This procedure resulted in two cyclic peptides, which were characterized by amino acid analysis and mass spectrometry. The structures of these compounds were elucidated by 2D Nuclear Magnetic Resonance. One compound was identified as Pohlianin A [c(Pro-Leu-Gly-Val-Leu-Leu-Tyr)], a known cyclic peptide already isolated from XXX, and one novel which was named jatrophidin I [c(Leu-Leu-Asn- Leu-Trp-Cly-Pro-Gly)]. Linear and cyclic analogues of these peptides were obtained through solid phase synthesis methodology by using of Fmoc/tBu reagents. The linear peptides as well as synthetic cyclic peptides were submitted to several biological assays. Finally, the cyclopeptidic profile of Jatropha curcas and gossypifolia was evaluated. The results showed a continuing production of these compounds in both species all over the year. These results can be relevant for further chemotaxonomy and phylogeny studies of Jatropha species that occur in Latin America, and in special Brazil. Previously, all cyclic peptide in the literature search were isolated from African and Asian Jatropha species, and our results can be useful to map the chemical composition of other Brazilian Jatropha species.

Orientador: Reinaldo Marchetto / Banca: Eduardo Maffud Cilli / Banca: Wilton Rogério Lustri / Banca: Vani Xavier de Oliveira Junior / Banca: Herida Regina Nunes Salgado / Resumo: O sistema ParE-ParD é um sistema toxina-antitoxina bacteriano, sendo ParE a toxina e ParD a antitoxina. ParD é capaz de neutralizar a ação de ParE formando um complexo com o mesmo, o qual é eficaz na autorregulação do operon parDE. Estudos têm mostrado que a atividade tóxica de ParE ocorre inibindo a atividade da DNA girase, mas nenhum efeito desta proteína sobre a atividade da topoisomerase IV foi observado até hoje. Baseando-se na estrutura primária da toxina ParE de Escherichia coli, bem como nos escassos dados em relação a esta toxina, a meta deste trabalho foi a obtenção de peptídeos sintéticos baseados nesta proteína a fim de avaliar as sequências de aminoácidos responsáveis pela interação com as diferentes topoisomerases bacterianas, além de tentar isolar uma sequência polipeptídica com potencial atividade inibitória sobre essas enzimas. Utilizando modelagem molecular por homologia, um modelo tridimensional para toxina ParE de E. coli foi obtido e validado. Com base nos dados estruturais inferidos a partir do modelo da estrutura tridimensional de ParE, 12 peptídeos foram racionalmente desenhados e sintetizados pela metodologia da fase sólida. Ensaios de inibição in vitro da atividade de superenovelamento de DNA pela girase e de relaxamento de DNA pela topoisomerase IV foram realizados e indicaram que os peptídeos ParE3 (ParE 80-100), ParE8 (ParE 61-105), ParE10 (ParE 61-87) e ParE12 (ParE 61-79) atuam como bons inibidores de ambas enzimas. Ensaios de fluorescência intrínseca e anisotropia de fluorescência, empregando peptídeos sintéticos derivados de ParE, evidenciaram que o processo de inibição da atividade da DNA girase pela toxina ParE deve ocorrer por interação com a proteína GyrA da enzima. Foi iniciado neste trabalho os primeiros testes usando lipossomas como veículos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The operon parDE encode a toxin-antitoxin system formed by ParE toxin and its antitoxin ParD. ParD is able to neutralize ParE action and is effective in autoregulation of the operon. Studies have shown that the toxic activity of the ParE occurs by inhibiting the activity of DNA gyrase, but no effect of this protein on the activity of topoisomerase IV has been observed yet. Based on the primary structure of the Escherichia coli ParE toxin, as well as the scarce data of this toxin, the aim of this work was to obtain synthetic peptides based on this protein in order to assess the amino acid sequences responsible for interaction with the bacterial topoisomerases, besides trying to isolate a polypeptide sequence with potential inhibitory activity against these enzymes. Using molecular homology modeling, a three-dimensional model for E. coli ParE toxin was obtained and validated. Based on structural data inferred from ParE threedimensional model, 12 peptides were rationally designed and synthesized by solid-phase method. Tests of inhibition of the supercoiling reaction of the DNA gyrase and inhibition of DNA relaxation by topoisomerase IV were performed and indicated that the peptides ParE3 (ParE 80-100), ParE8 (ParE 61-105), ParE10 (ParE 61 -87) and ParE12 (ParE 61-79) act as good inhibitors of both enzymes. Intrinsic fluorescence and fluorescence anisotropy assays, using synthetic peptides derived from ParE showed that inhibition process of activity of the DNA gyrase by ParE toxin must occur by interaction with the GyrA protein. In this work was started the first tests using liposomes as carrier vehicles for bioactive peptides derived from ParE. The peptides were efficiently encapsulated in soybean phosphatidyl choline liposomes. It was observed, although reduced, inhibition of bacterial growth when peptides encapsulated in liposomes were... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Ureases (EC 3.5.1.5) são metaloenzimas que hidrolisam uréia para produzir amônia e dióxido de carbono. Essas proteínas têm atividade inseticida e fungicida, efeitos independentes da sua atividade ureolítica. A atividade inseticida de ureases depende, em parte, da liberação de peptídeos internos através da hidrólise por catepsinas digestivas do inseto. Um desses peptídeos foi isolado e um recombinante chamado Jaburetox –V5 foi produzido em E. coli a partir da sequência da urease. Outra propriedade relevante de ureases é sua atividade antifúngica, que ocorre em concentrações de 10-7 M para certos fungos filamentosos, causando danos à membrana celular, visualizados por microscopia eletrônica de varredura. Moléculas antifúngicas de origem vegetal representam uma alternativa estratégica para o surgimento de espécies resistentes de fungos. Sabendo que a atividade antifúngica das ureases é cerca de 3-4 de magnitude mais ativa do que a maioria das proteínas antifúngicas já descritas, neste trabalho, avaliamos o efeito tóxico da urease de C. ensiformis (JBU) sobre diferentes espécies de leveduras. Além disso, buscamos identificar as regiões responsáveis por essa atividade através da fragmentação da JBU por hidrólise enzimática. Os efeitos tóxicos da JBU também ocorrem em espécies de leveduras, indicando que atividade antifúngica não afeta somente fungos filamentosos. Os efeitos da JBU nas leveduras variam conforme o gênero e a espécie, tanto em termos qualitativos como quantitativos, indicando seletividade espécie-específica. Os efeitos fungitóxicos consistem de inibição da multiplicação, indução de alterações morfológicas com formação de pseudo-hifas, alterações do transporte de H+ e no metabolismo energético, permeabilização de membranas, podendo ocorrer morte celular. Nas condições testadas, não houve produção de espécies reativas de oxigênio associada ao efeito fungitóxico da JBU. A hidrólise da JBU com papaína produziu fragmentos tóxicos com massa molecular ~10 kD. Esses hidrolisados foram analisados por espectrometria de massas e um fragmento contendo parte da sequência N-terminal do peptídeo entomotóxico Jaburetox foi encontrado. A atividade fungitóxica do peptídeo recombinante Jaburetox – V5 foi testada, sendo observada atividade tóxica sobre leveduras e fungos filamentosos. A atividade antifúngica do Jaburetox-V5 requer concentrações 2-3 vezes maiores do que aquela observada para a holoproteína JBU, indicando a possibilidade de que outros domínios da proteína estejam envolvidos nessa atividade. A descoberta de novos agentes antifúngicos é urgente e imperativa, devido ao crescente número de casos de micoses invasivas. Ureases de plantas, como a JBU, e peptídeos derivados, podem representar uma nova alternativa para controle de fungos de importância clínica e fitopatogênicos, principalmente em se considerando a potente atividade, na faixa de 10-6 a 10-7 M . Estudos estrutura versus atividade adicionais, aprofundando a identificação de domínios antifúngicos, e a construção de recombinantes contendo esses domínios, são etapas futuras para avaliar o real potencial fungicida/fungistático das ureases e peptídeos derivados. / Ureases (EC 3.5.1.5) are metalloenzymes that hydrolyze urea to produce ammonia and carbon dioxide. These proteins have insecticidal and fungicidal effects not related to their enzyme activity. The insecticidal activity of urease is mostly dependent on the release of internal peptides consequent to hydrolysis of the ingested protein by insect digestive cathepsins. One of these peptides was isolated and its recombinant version, named Jaburetox-V5, was produced in E. coli. Another important property of ureases is their antifungal activity, which occurs at concentrations of 10-7 M for certain filamentous fungi, causing damage to the cell membranes, as visualized by scanning electron microscopy. Antifungal molecules from plants represent an alternative strategy to the emergence of resistant fungal species. Considering that the antifungal activity of urease is about 3-4 orders of magnitude more potent than most of the antifungal proteins already described, in this study, we evaluated the toxic effect of Canavalia ensiformis urease (JBU) on different species of yeast. Furthermore, studies aiming to identify antifungal domain(s) of JBU by enzymatic hydrolysis were carried out. The results showed that JBU exerts toxic effects on yeast species, indicating that antifungal activity is not restricted to filamentous fungi. The effects of JBU in yeast varied according to the genus and species of yeasts, both in qualitative and quantitative terms, indicating a species-specific selectivity. The fungitoxic effects consisted in inhibition of proliferation, induction of morphological alterations with formation of pseudo hyphae, changes in the transport of H+ and carbohydrate metabolism, permeabilization of membranes, eventually leading to cell death. Under the conditions tested, there was no production of reactive oxygen species associated with the antifungal effect of JBU. Hydrolysis of JBU with papain resulted in fungitoxic fragments with molecular mass ~ 10 kD. These peptides were analyzed by mass spectrometry, revealing the presence of a fragment containing the Nterminal sequence of the entomotoxic peptide Jaburetox. We tested the recombinant peptide Jaburetox-V5 for antifungal effects and observed fungitoxic activity on yeast and filamentous fungi. The antifungal activity of Jaburetox-V5 requires 2-3 times larger concentrations than those observed for the holoprotein JBU, indicating the possibility that other protein domains are involved in this activity. The discovery of new antifungal agents is imperative to face the increasing number of cases of invasive mycoses. Plant ureases, such as JBU, and its derived peptides, may represent a new alternative to control medically important and phytopathogenic fungi, especially considering their potent activity in the range of 10-6 to 10-7 M. More studies are necessary to clarify the structure versus activity relationships of ureases. Construction of mutants containing ureasederived antifungal domains is one of the necessary steps to assess the real fungicidal/ fungistatic potential of ureases and derived peptides.

Ureases são enzimas níquel-dependentes que catalisam a hidrólise da ureia em amônia e dióxido de carbono. Além disso, apresentam diversas propriedades independentes da catálise, sendo consideradas proteínas moonlighting. São amplamente distribuídas na natureza, sendo encontradas em bactérias, arqueas, plantas e fungos, podendo se organizar em unidades funcionais compostas por uma, duas ou três subunidades. Sua ativação, que envolve a passagem da enzima de sua forma apo-urease a sua forma holourease, requer pelo menos três proteínas acessórias. Parte de suas propriedades não-catalíticas é associada à liberação de peptídeos internos da proteína nativa. Nesse contexto, a presente tese se dedicou ao estudo de diferentes aspectos da biologia estrutural de ureases. Ao elaborar uma narrativa filogenética, envolvendo varredura de bancos de dados em larga escala e diferentes algoritmos de reconstrução de árvores, foi possível propor uma rota evolutiva indicando a transição de três subunidades para uma única unidade funcional, sem passar por intermediários de duas cadeias. Quanto ao seu processo de ativação, por meio de múltiplos cálculos de atracamento baseados em dados experimentais prévios (especialmente SAXS), foram propostas estruturas para suas diferentes etapas, em resolução atomística. Finalmente, o comportamento dinâmico de diferentes peptídeos derivados de urease foram analisados computacionalmente por meio de simulações de longa duração (500 ns) e associados a outros dados obtidos in vitro, permitindo justificar efeitos diferenciais obtidos na aplicação destes peptídeos. De maneira geral, o trabalho empregou técnicas computacionais à análise de ureases, fornecendo bases para futuros estudos de suas propriedades, sejam catalíticas ou não, incluindo sua aplicação biotecnológica. / Ureases are nickel-dependent enzymes that catalyze the hydrolysis of urea into ammonia and carbon dioxide. They have many catalysis-independent properties, being considered moonlighting proteins. Ureases are found in bacteria, archaea, plants, and fungi, and may be organized in functional units composed by one, two, or three subunits. Their activation, involving the transition from apo to holourease, requires at least three accessory proteins. Some of their non-catalytic properties are related to the release of internal peptides from the native protein. In this context, this thesis was developed upon the study of different aspects of urease structural biology. By phylogenetical reconstruction, employing large-scale databank scans and different tree-building algorithms, we were able to propose an evolutionary route by which the transition from three to one functional subunits was possible, with no need for a two-chained intermediate. Regarding the activation mechanism, we have proposed structural models for the oligomeric intermediates of the process by multiple docking calculations, at atomistic resolution, based on previous experimental data (especially SAXS). Additionally, the dynamical behavior of different ureasederived peptides was analyzed by computational simulations at large time scales (500 ns) and correlated to in vitro results, allowing us to explain the variable effects observed after their application on test systems. In short, in this work we have employed computational techniques to the analysis of urease, providing working grounds for further studies of this enzyme and its properties (catalytical or not), including its biotechnological applicability.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biología Celular Programa de Pós-graduação em Biología Molecular, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-07-03T13:58:58Z No. of bitstreams: 1 2014_RosaAmaliaDuenasCuellar.pdf: 2777574 bytes, checksum: 2c36dd345046a1697ce460d95bd0d978 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-07-07T12:18:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RosaAmaliaDuenasCuellar.pdf: 2777574 bytes, checksum: 2c36dd345046a1697ce460d95bd0d978 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-07T12:18:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RosaAmaliaDuenasCuellar.pdf: 2777574 bytes, checksum: 2c36dd345046a1697ce460d95bd0d978 (MD5) / Algumas toxinas isoladas da peçonha de escorpiões têm a capacidade de se ligar especificamente à superfície de células malignas, bactérias ou células excitáveis. Estes componentes, em alguns casos, têm se revelado capazes de inibir a progressão do câncer e da proliferação bacteriana, ou então de modificar a conformação de canais iônicos dependentes de voltagem presentes nas células excitáveis. Câncer, infecções microbianas e problemas neurológicos são objetos de preocupação em todo mundo, estimulando muitos cientistas a identificar e caracterizar novos agentes terapêuticos derivados de venenos e peçonhas animais. O objetivo do presente estudo foi realizar o isolamento e a caracterização preliminar de componentes citotóxicos, citolíticos e neurotóxicos presentes na peçonha do escorpião colombiano Centruroides margaritatus. Indivíduos adultos da espécie C. margaritatus foram coletados na Colômbia, na região do Vale do Patia. A peçonha, obtida por estimulação elétrica, foi liofilizada e armazenada a -20 °C, tendo sido, em seguida, fracionada por RP-HPLC em coluna C8. Linhagens de fibroblastos murinos normais (NIH3T3) e de células cancerosas MCF-7 (humana) e B16F10 (murina) foram utilizadas para avaliar os efeitos citotóxicos das diferentes frações cromatográficas empregando-se teste colorimétrico (MTT). Tais frações também foram avaliadas quanto à sua capacidade em inibir a proliferação de bactérias patogênicas. As frações biologicamente ativas foram analisadas por espectrometria de massa do tipo MALDI-TOF e algumas frações, mais homogêneas, foram purificadas por meio de RP-HPLC em coluna C18. Um novo peptídeo neurotóxico e antimicrobiano foi isolado e parcialmente caracterizado. Tal peptídeo, denominado F34, foi capaz de inibir a proliferação da bactéria Gram-negativa Klebsiella pneumoniae com uma concentração inibitória mínima (MIC) de 64 μM. Análises da sequência N-terminal da toxina F34 revelaram uma estreita relação estrutural com a toxina Cn11, uma toxina modificadora de canais para sódio previamente isolada da peçonha do escorpião Centruroides noxius. Como a toxina F34 apresenta similaridade com outras toxinas moduladoras de canais iônicos, foram avaliados os efeitos dessa toxina sobre o potencial de ação de neurônios do gânglio dorsal de ratos (DRG). A toxina F34 (200 nM) promoveu um aumento na excitabilidade neuronal, causando despolarização da membrana e aumento na frequência de disparo de potenciais de ação. Durante a aplicação da toxina F34, injeções de pulsos hiperpolarizantes suficientes para repolarizar a membrana para os valores do potencial de repouso foram capazes de restaurar o comportamento normal de disparo dos potenciais de ação. Os efeitos da toxina F34 são reversíveis, assim como o disparo normal de potenciais de ação é recuperado após a retirada da toxina da preparação. Concluindo, o presente estudo produziu avanços na área de Toxinologia, uma vez que permitiu a identificação e caracterização parcial de uma série de peptídeos biologicamente ativos (neurotóxicos, citotóxicos e citolíticos) presentes na peçonha do escorpião Centruroides margaritatus, evidenciando a riqueza de componentes moleculares presentes nessa peçonha, bem como o potencial de tais toxinas como agentes terapêuticos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Some toxins, isolated from scorpion venoms, have been reported to bind specifically to the surface of malignant cells, bacteria or excitable cells. These components have the ability to inhibit cancer and bacterial proliferation, or change the conformational arrangement of different subtypes of voltage-gated ion channels on excitable cells. Cancer, bacterial infections and neurological problems cause serious concerns around the world, and stimulate research and development of new therapeutic agents from animal poisons and venoms. The aim of the present study was to perform the isolation and preliminary characterization of neurotoxic, cytotoxic and cytolytic components presents in Centruroides margaritatus scorpion venom. Adult specimens of C. margaritatus were collected in Colombia, in the Patia Valley region. The venom, obtained by electrical stimulation, was lyophilized and stored at -20°C. Their components were purified using RP-HPLC in a C8 column. Normal fibroblasts (NH3T3) and cancer cells lineages (MCF-7 and B16F10) were used to evaluate the cytotoxic effects of the different chromatographic fractions using a colorimetric assay (MTT). These fractions were also tested against pathogenic bacteria to evaluate their capacity to inhibit cellular proliferation. The biologically active fractions were analyzed by MALDI-TOF mass spectrometry and some fractions, which exhibited a more homogenous profile, were submitted to RP-HPLC using a C18 column. One new neurotoxic and antimicrobial peptide was purified and partially characterized. This peptide, named F34, was able to completely inhibit the proliferation of K. pneumoniae with a MIC of 64 μM. Since F34 shares a significant similarity to Cn11, a Na+-channel blocking toxin previously isolated from the venom of the scorpion C. noxius, in their N-terminal sequence, the effects of F34 on the action potential in DRG neurons was tested. Bath application of F34 (200 nM) depolarized the neuron and induced multiple action potential firing. Application of the toxin also reduced the after-hyperpolarization which may explain the repetitive firing. At present we do not know if the decreased after-hyperpolarization is a direct action of the toxin or a consequence of the depolarization. During application of F34, injection of hyperpolarizing current sufficient to repolarize the membrane to its control resting potential restored normal firing. The effects of F34 were reversible as normal firing returned after washout of F34 from the bath. In conclusion, this study yielded advances in the Toxinology field, since it allowed the identification and partial characterization of a series of biologically active peptides (with neurotoxic, cytotoxic and cytolytic activities) present in the venom of the scorpion Centruroides margaritatus, showing the richness of molecular components present in this venom, and the potential of such toxins as therapeutic agents.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Biologia, Programa de Pós-graduação, Departamento de Biologia Animal, 2014. / Submitted by Cristiane Mendes (mcristianem@gmail.com) on 2014-11-20T19:38:59Z No. of bitstreams: 1 2014_DiegoAlejandroFalico.pdf: 11887714 bytes, checksum: 2ee479f958a7bbf12e17ec4ccbb0f4e8 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-25T10:42:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_DiegoAlejandroFalico.pdf: 11887714 bytes, checksum: 2ee479f958a7bbf12e17ec4ccbb0f4e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-25T10:42:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_DiegoAlejandroFalico.pdf: 11887714 bytes, checksum: 2ee479f958a7bbf12e17ec4ccbb0f4e8 (MD5) / O estudo de novas fontes de compostos bioativos permitiu o desenvolvimento de muitos produtos biotecnológicos, incluindo drogas com importantes atividades biológicas, muitas das quais são usadas atualmente no tratamento de doenças relevantes, especialmente de natureza infecciosa. No presente trabalho, foi realizada uma varredura por peptídeos com atividade antifúngica a partir da secreção cutânea da rã brasileira Hypsiboas raniceps. Indivíduos adultos de H. raniceps foram coletados no estado de Goiás, Brasil. As secreções cutâneas foram obtidas por meio de estimulação elétrica moderada, congeladas, secas e fracionadas por HPLC empregando-se coluna de fase reversa C18. Todas as frações cromatográficas foram testadas quanto à capacidade de inibir a proliferação do fungo Candida albicans e as frações ativas foram analisadas por espectrometria de massas (MALDI-TOF MS). O perfil cromatográfico resultou em cerca de 30 frações, oito das quais promoveram redução na proliferação do fungo C. albicans acima de 25%. As frações com atividade antifúngica apresentaram componentes de massa molecular variando entre 1000 e 3000 Da. As frações 27 e 28 foram as mais ativas, mas a análise por MS revelou a presença de vários componentes nessas frações. A fração 28 foi selecionada e submetida a uma passo cromatográfico adicional, levando à obtenção do peptídeo bioativo presente nessa fração. O peptídeo HR 36 puro foi acumulado e testado contra o fungo C. albicans. Este novo peptídeo apresenta massa molecular igual a 3 kDa e é capaz de inibir a proliferação de C. albicans na concentração de 128 M em 50%. No presente estudo, foi constatada que a secreção cutânea de H. raniceps é uma fonte de peptídeos antifúngicos e um novo peptídeo antifúngico de 3 kDa foi obtido em alto grau de pureza de modo a permitir a sua caracterização biológica e química. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The study of new sources of bioactive compounds allowed the development of many biotechnological products, including drugs with important biological activities, many of which are used today for the treatment of relevant diseases, especially those of infectious nature. In the present study we performed a screening for peptides with antifungal activity from the skin secretion of the Brazilian frog Hypsiboas raniceps. Adult specimens of H. raniceps were collected in Goiás, Brazil. Skin secretions were obtained by mild electric stimulation, freeze-dried and fractionated by HPLC using a C18 reversed-phase column. All fractions were tested for inhibitory activity against the fungus Candida albicans, and the bioactive fractions were submitted to mass spectrometric analysis (MALDI-TOF MS). The typical chromatographic profile showed approximately 30 fractions, eight of which promoted reduction in yeast cell proliferation above 25%. The antifungal fractions showed molecular mass components ranging from 1000 to 3000 Da. Fractions 27 and 28 were the most active but the MS analysis revealed multiple components present in these fractions. Fraction 28 was selected and submitted to an additional chromatographic step in order to obtain the major bioactive peptide present in this sample. Peptide HR 36 was acumulated and tested against C. albicans. This new peptide has a molecular mass of 3 kDa and is able to inhibit the proliferation of C. albicans at 128 M in 50%. It was observed that H. raniceps skin secretion is a source of antifungal peptides and one new 3 kDa antifungal peptide was obtained in high-purity which will allow in its biological and chemical characterization.