A malaria humana é uma doença infecciosa transmitida por um mosquito que está atrelada a uma alta taxa de mortalidade. Dentre os parasitas que causam a malaria humana a espécie Plasmodium falciparum é responsável por 90% dos casos letais. Sua virulência é ocasionada por modificações na célula hospedeira provenientes do tráfego de proteínas para a superfície de eritrócitos infectados. Com o intuito de interferir com estas proteínas, aplicamos a técnica Cell- SELEX (do inglês: Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment). Após ciclos iterativos de seleção obtivemos moléculas de DNA simples- fita, conhecidas como aptâmeros, que possuem alta afinidade e especificidade contra proteínas alvo presentes na superfície de eritrócitos infectados por P. falciparum. Ensaios de pull- down usando aptâmeros selecionados em sistema de purificação por streptavidina-biotina seguidos por análises de espectrometria de massa revelaram a interação destas moléculas de DNA com proteínas como RIFIN, PfEMP, RAP1, entre outras incorporadas na superfície de eritrócitos infectados. Como consequência destas interações, os aptâmeros selecionados demostraram ser inibidores potenciais na proliferação dos parasitas, como demonstrado por testes in vitro. Outra estratégia usada foi a produção de aptâmeros contra a piridoxal quinase de P. falciparum (PfPdxK) expressa. Usando tanto SELEX-proteína, bem como, ensaios de eletroforese capilar, selecionamos aptâmeros com capacidade para inibir a atividade enzimática da PfPdxK. Nossos dados constituem evidências sobre as aplicações da tecnologia SELEX no desenho racional de compostos contra a malária humana. / The human malaria is a mosquito-borne infectious disease associated with a high risk of mortality. Among the parasite species that causes human malaria, Plasmodium falciparum is responsible by 90% of the lethal cases. The virulence of this pathogen is associated with host cell modifications by trafficking proteins to the surface of infected erythrocytes. Aiming to interfere with these proteins we have applied the Cell-SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) technology. After iterative cycles of selection we obtained single stranded DNA molecules, known as aptamers, with high binding affinity and specificity against protein targets present in the surface of erythrocytes infected with P. falciparum. Pull-down assays using the selected aptamers in a streptavidin-biotin affinity assay followed by mass spectrometry analysis revealed the interaction of these DNA molecules with proteins such as RIFIN, PfEMP, RAP1, among others embedded in the surface of infected erythrocytes. As consequence of these interactions, the selected aptamers demonstrated to be potent inhibitors of parasite proliferation, as validated by in vitro tests. Another strategy used was the production of aptamers against the recombinantly expressed plasmodial pyridoxal kinase (PfPdxK). Using both protein-SELEX as well as capillary electrophoresis assays, we selected aptamers with capacity to inhibit the enzymatic activity of PfPdxK. Our data constitute evidences about the application of SELEX technology in the rationale design of inhibitors against human malaria.

O metabolismo de vitamina B9 é um alvo terapêutico conhecido para malária. A vitamina B6 foi validada como essencial para o parasita. Esse trabalho analisa bioquimica- e estruturalmente mutantes da enzima piridoxal quinase, pela combinação de análises in silico associadas a ensaios bioquímicos. A estrutura da PdxK de P. falciparum permitiu a localização do sítio ativo e da interface de dimerização. Logo foram sugeridas mutações que alterassem esses resíduos para investigar sua importância. Dinâmica molecular sugere que a dimerização é responsável pela estabilidade do sítio ativo, algo coerente com a diminuição da atividade enzimática na maioria das mutantes. Filtração em gel aponta um equilíbrio entre a conformação monômero-dímero mostrando que as mutações na interface não estão relacionadas a dimerização, mas envolvidas com a estabilização do folding na região do sítio ativo. A mesma é recoberta por uma tampa que impede a auto-hidrólise do ATP, há também um resíduo serina que estabiliza a conformação do piridoxal durante a catálise, as mutações em ambas as regiões levaram a inativação da enzimática. A hipótese de que a interação da PfPdxK com ligantes de RNA não se mostrou conclusiva. / Vitamin B9 metabolism is a known drug-target for malaria. Vitamin B6 was validated as essential for the parasite. We analysed biochemically and structurally the plasmodial dimeric pyridoxal kinase. PfPdxKs allowed us to determine the localisation of the active site as well the interface between the two monomers and to identify the involved residues. Molecular dynamics shows that the PdxKs dimerization is important for the active sites stability, which was confirmed by the decrease of activity in mutants related to this region. Gel filtration revealed equilibrium of monomer-dimer conformation and therefore the interface mutations decrease in activity might not be directly related to the dimerization processes, but rather to the active site organisation. The active site region shows a serine involved in keeping the pyridoxals conformation during catalyses and the identified lid region covering the ATP binding site is responsible for preventing auto-hydrolysis. Substitution of the respective amino acid to alanine resulted in enzyme inactivation. In silico analysis of the PfPdxK spacer region identified nucleic acid binding sides, however RNA binding experiments failed so far and the possibility of protein-RNA binding remains for elucidation.

O metabolismo de vitamina B9 é um alvo terapêutico conhecido para malária. A vitamina B6 foi validada como essencial para o parasita. Esse trabalho analisa bioquimica- e estruturalmente mutantes da enzima piridoxal quinase, pela combinação de análises in silico associadas a ensaios bioquímicos. A estrutura da PdxK de P. falciparum permitiu a localização do sítio ativo e da interface de dimerização. Logo foram sugeridas mutações que alterassem esses resíduos para investigar sua importância. Dinâmica molecular sugere que a dimerização é responsável pela estabilidade do sítio ativo, algo coerente com a diminuição da atividade enzimática na maioria das mutantes. Filtração em gel aponta um equilíbrio entre a conformação monômero-dímero mostrando que as mutações na interface não estão relacionadas a dimerização, mas envolvidas com a estabilização do folding na região do sítio ativo. A mesma é recoberta por uma tampa que impede a auto-hidrólise do ATP, há também um resíduo serina que estabiliza a conformação do piridoxal durante a catálise, as mutações em ambas as regiões levaram a inativação da enzimática. A hipótese de que a interação da PfPdxK com ligantes de RNA não se mostrou conclusiva. / Vitamin B9 metabolism is a known drug-target for malaria. Vitamin B6 was validated as essential for the parasite. We analysed biochemically and structurally the plasmodial dimeric pyridoxal kinase. PfPdxKs allowed us to determine the localisation of the active site as well the interface between the two monomers and to identify the involved residues. Molecular dynamics shows that the PdxKs dimerization is important for the active sites stability, which was confirmed by the decrease of activity in mutants related to this region. Gel filtration revealed equilibrium of monomer-dimer conformation and therefore the interface mutations decrease in activity might not be directly related to the dimerization processes, but rather to the active site organisation. The active site region shows a serine involved in keeping the pyridoxals conformation during catalyses and the identified lid region covering the ATP binding site is responsible for preventing auto-hydrolysis. Substitution of the respective amino acid to alanine resulted in enzyme inactivation. In silico analysis of the PfPdxK spacer region identified nucleic acid binding sides, however RNA binding experiments failed so far and the possibility of protein-RNA binding remains for elucidation.