A doença de Chagas é uma zoonose causada pelo protozoário flagelado Trypanosoma cruzi. Estima-se que 8 milhões de pessoas estão infectadas com o T. cruzi em todo o mundo, principalmente na América Latina. Testes tradicionais de diagnóstico estão sendo gradualmente substituídos por métodos inovadores. A utilização de antígenos recombinantes foi proposta nos anos 90, e várias combinações foram testadas com soros de pacientes com diferentes formas clínicas de diferentes regiões da América Latina. Apesar do ganho em especificidade, estes testes apresentaram menor sensibilidade, frustrando expectativas. Este estudo objetivou analisar a variabilidade genética dos genes KMP11 e 1F8 que codificam antígenos comumente utilizados em diagnóstico experimental. Cepas de T. cruzi pertencentes a diferentes sub-grupos taxonômicos e de diferentes regiões foram analisadas para avaliar o impacto da variação antigênica em testes de diagnóstico. Maximizando a sensibilidade, evitar reatividade cruzada com epítopos de outros agentes patogênicos deve permitir a concepção de melhores testes rápidos. Num primeiro passo, DNA genômico foi extraído das seguintes cepas: Dm28c, Colombiana, Y, 3663, 4167, LL014 e CL Brener e foi realizada a amplificação dos genes 1F8 e KMP11 que codificam antígenos a partir destas cepas. Em seguida foram realizadas a clonagem, sequenciamento, expressão e detecção dos antígenos recombinantes. Na etapa final, análises de estruturas secundárias e terciárias, a última apenas para o antígeno 1F8, visualizaram as diferenças nas sequências de aminoácidos obtidas a partir de sequenciamento de DNA. Os resultados apresentados neste estudo mostram que o antígeno KMP11 de T. cruzi possui uma similaridade na sequência de aminoácidos muito elevada com o T. rangeli, mostrando a necessidade de um mapeamento antigênico desta proteína em todos os tripanosomatídeos que apresentaram alta similaridade com o antígeno de T. cruzi, como o T. rangeli, para verificar a presença de epítopos específicos de T. cruzi. O antígeno 1F8 pode ser uma ferramenta útil no diagnóstico da doença de Chagas e que será necessário aprofundar os conhecimentos sobre os determinantes antigênicos para futuramente elaborar poli-epítopos sintéticos adaptados de um maior número possível de antígenos, obtendo a maior especificidade e sensibilidade nos testes de diagnóstico sorológico e de teste rápido da doença de Chagas. Este estudo representa um passo crucial para a otimização de antígenos recombinantes para o diagnóstico da doença de Chagas. / Chagas disease is a zoonosis caused by the flagellate protozoan Trypanosoma cruzi. An estimated 8 million people are infected with T. cruzi worldwide, mostly in Latin America. Traditional diagnostic tests are gradually being replaced by more innovative methods, such as rapid tests and Real Time PCR. The use of recombinant antigens in serology or rapid tests has been proposed in the 90s, and several combinations were tested with sera from patients with different clinical forms in different regions in Latin America. Despite the gain in specificity, these tests showed lower sensitivity, frustrating expectations. This study aims to analyze the genetic variability of KMP11 and 1F8 genes coding for antigens commonly used in such experimental diagnostic. T. cruzi strains belonging to different taxonomic sub-groups and different regions were analyzed in order to assess the impact of antigenic variation in diagnostic tests. Maximizing sensitivity and avoiding cross-reactive epitopes for other pathogens should allow for the design of better rapid tests. In a first step, genomic DNA was extracted from the following strains: DM28c, Colombiana, Y, 3663, 4167, LL014 and CL Brener and we performed amplification of the 1F8 and KMP11 antigen encoding genes from these strains. Gene fragments were cloned, sequenced, and subcloned in expression vectors, followed by detection of the recombinant antigens. Using structural prediction and modeling, secondary and tertiary structures were analyzed the latter only for the 1F8 antigen, to visualize the differences in the amino acid sequences revealed from DNA sequencing. The results presented in this study show that the KMP11 T. cruzi antigen, has a very high similarity in amino acid sequence with T. rangeli, showing the need for antigenic mapping of this protein in all trypanosomatids that showed high similarity with the T. cruzi and T. rangeli, for the presence of specific epitopes of T. cruzi. The 1F8 antigen may be a useful tool in the diagnosis of Chagas disease and will need to know more about the antigenic determinants to further develop poly-epitope synthetic adapted from a larger number of possible antigens, obtaining the highest specificity and sensitivity in tests serological diagnosis and rapid test for Chagas disease.This study represents a crucial step for the optimization of recombinant antigens for the diagnosis of Chagas disease.

A doença de Chagas, uma infecção parasitária amplamente distribuída na América Latina, é um problema grave de saúde pública com consequências devastadoras em termos de morbidade e mortalidade humana. O arsenal terapêutico contra a doença é bastante limitado e insuficiente em todos os aspectos clínicos. Visando o desenvolvimento de novos agentes antichagásicos, várias proteínas do parasita têm sido exploradas como alvos terapêuticos. Neste contexto, a enzima cruzaína, uma cisteíno protease envolvida nos estágios de desenvolvimento e diferenciação do Trypanosoma cruzi, foi selecionada para os nossos estudos, visando a identificação de inibidores através do uso do método de planejamento de fármacos baseado na estrutura do receptor (SBDD, do inglês, structure-based drug design). Esta metodologia engloba uma diversidade de estratégias, empregando estruturas cristalográficas de proteínas alvo, disponíveis usualmente no Protein Data Bank (PDB). Entre as técnicas modernas utilizadas no SBDD, destaca-se a triagem virtual baseada na estrutura do receptor (SBVS, do inglês, structure-based virtual screening), que possibilita a seleção de novos candidatos a ligantes de proteínas alvo, a partir de grandes bases de dados de compostos. No presente trabalho de dissertação, a seleção de 19 estruturas da enzima cruzaína, em complexo com ligantes, permitiu a aplicação de métodos de SBDD. Um conjunto com cerca de 3,4 milhões de compostos, com característica líder-similar (do inglês, lead-like), e outro conjunto com aproximadamente 450.000 compostos, com característica fragmento-similar (do inglês, fragment-like), foram coletados da base de dados ZINC. O programa DOCK 3.5.54 foi empregado na triagem virtual das bases de dados utilizando-se a estrutura cristalográfica PDB ID: 3KKU. Um subconjunto com 35.000 moléculas foi selecionado para estudos posteriores com os programas GOLD e Surflex. As 500 melhores moléculas selecionadas por cada um dos programas foram analisadas visualmente considerando-se diversas características estruturais dos subsítios da enzima cruzaína e dos ligantes (e.g., complementaridade molecular, flexibilidade, lipofilia do subsítio S2, presença de doadores e aceptores de hidrogênio entre os subsítios S2 e S1). Desta forma, um conjunto final de 18 compostos foi priorizado para os ensaios bioquímicos frente a enzima cruzaína. Destes 18 compostos, 6 apresentaram atividade inibitória frente a cruzaína, com destaque para os 2 mais promissores, com valores de IC50 (concentração de inibidor necessária para reduzir em 50% a atividade enzimática) de 20 µM e 580 nM. O inibidor mais potente da série foi selecionado da base fragmento-similar e apresentou um valor de eficiência do ligante (EL) de 0,53 kcal/mol/átomo, considerado significativo para otimização em química medicinal. A integração de técnicas computacionais e experimentais permitiu a descoberta de ligantes com inovação estrutural, abrindo novas perspectivas para o planejamento de inibidores mais potentes e seletivos da enzima cruzaína de T. cruzi. / Chagas disease, a parasitic infection widely distributed in Latin America, is a serious public health problem with devastating consequences in terms of human morbidity and mortality. The therapeutic arsenal against the disease is very limited and insufficient in all clinical aspects. This has led to a new paradigm for the discovery of new agents that act on specific enzymes or metabolic pathways. The enzyme cruzain, a cysteine protease essential for the survival of the parasite Trypanosoma cruzi, has been selected in this work as an attractive target for the development of new inhibitors through the use of structure-based drug design (SBDD). This approach brings together a diversity of strategies, which employs crystal structures of target proteins, usually available in the Protein Data Bank (PDB). Structure-based virtual screening (SBVS), one of the most important techniques used in SBDD, allows the selection of new ligands of target proteins from large libraries of compounds. In this work, 19 crystal structures of the cruzain enzyme, in complex with ligands, allowed the application of SBDD methods. A data set of about 3.4 million compounds, with lead-like characteristics, and a second data set, with approximately 450,000 compounds, with fragment-like characteristics, were collected from the ZINC data base. The docking program DOCK 3.5.54 was employed in the virtual screening of the data sets using the crystal structure PDB ID: 3KKU. A subset of 35,000 compounds was selected for further studies with the programs GOLD and Surflex. The 500 top ranked molecules for each of the programs were visually inspected considering a number of structural characteristics of the subsites of the cruzain enzyme, as well as of the ligands (e.g., molecular complementarity, flexibility, the hydrophobic S2 subsite, and the presence of hydrogen donors and acceptors between the subsites S2 and S1). Thus, a final subset of 18 compounds was prioritized for the biochemical assays against the cruzain enzyme. Six out of 18 compounds exhibited enzyme inhibition, with the most two promising inhibitors having IC50 values (IC50 refers to the concentration of compound required for 50% inhibition of cruzain) of 20 µM e 580 nM. The most potent inhibitor of the series was selected from the fragment-like data set and showed a ligand efficiency of 0,53 kcal/mol/atom, which is considered significant in drug design. The integration of computational and experimental approaches allowed the discovery of compounds with innovative structures, providing new perspectives for the design of inhibitors of T.cruzi cruzain having increased potency and selectivity.

A biodiversidade de microrganismos encontrados nos ecossistemas constitui excelentes fontes para a descoberta de moléculas farmacologicamente ativas. Neste estudo, 32 isolados de actinobactérias coletadas do solo e 51 isolados de fungos de manguezais da costa brasileira foram avaliados quanto à ação antifúngica, antimicobacteriana, leishmanicida e tripanossomicida. Extratos orgânicos obtidos a partir do sobrenadante da cultura dos isolados foram testados e cinco apresentaram concentrações inibitórias mínimas iguais ou inferiores a 400 mg/mL sobre fungos patogênicos e dois demonstraram expressiva ação contra a forma tripomastigota de Trypanosoma cruzi. Para a forma promastigota de Leishmania amazonensis e Mycobacterium tuberculosis H37Rv, os extratos não foram efetivos. Os resultados indicam que fungos isolados de manguezais representam boas perspectivas na investigação de novos agentes antimicrobianos. / The biodiversity of microorganisms found in the ecosystems provide excellent perspectives for the discovery of pharmacologically active molecules. In this study, 32 actinobacteria from the soil and 51 fungi from the mangrove swamps of the Brazilian coast were analyzed with respect to their antifungal, antimycobacterial, leishmanicidal and trypanocidal actions. Organic extracts from the supernatant of the culture of the microorganisms were analyzed and five extracts presented MICs equal or less than 400 mg/mL over the pathogenic fungi and two presented significant action against the trypomastigote of Trypanosoma cruzi. The results indicate that fungi from mangrove swamps present promising perspectives for the research of new antimicrobial agents.

As formas tripomastigotas do Trypanosoma cruzi expressam as Tc-85, glicoproteínas de superficie. A Tc85-11, um dos membros da família da Tc-85, foi caracterizado como uma proteína de adesão, com os sítios de ligação a laminina e citoqueratina 18 localizados, respectivamente, nos domínios amino e carboxiterminal. Utilizando-se primers consensos, um produto de cerca de 2000 pb foi amplificado do cDNA de formas tripomastigotas de T cruzi da cepa Y. Uma biblioteca enriquecida em membros da família da Tc-85 foi construída utilizando-se esses primers e o plasmídeo pCR T7/NT Topo Cloning (Invitrogen). O sequenciamento de cerca de 60 clones resultou em 30 ORFs completas. O sequenciamento de DNA foi realizado com o método dideoxi de terminação de cadeia e as seqüências foram analisadas. Por análise comparativa, identidades de 40-90% entres os clones sequenciados e 30-70% com membros da superfamília de proteínas das gp85/trans-sialidases foram encontradas. Os dados foram compilados nas seguintes ferramentas: ORF finder (NCBI), Cap3, Smith-Waterman, ClustalW, BioEdit e BLASTX/BLASTN (NCBI). Para a análise filogenética, foi utilizado o programa Paup empregando máxima parsimônia (MP), \"neighbor joining\" (NJ) e máxima probabilidade (MP). A árvore possuia dois grupos e foi submetida a análise de bootstrapping, com busca heurística completa e com 100 e 500 repetições. Os mesmos dois grupos apareceram quando a comparação de seqüências e análise filogenética foram correlacionadas. Em experimentos utilizando-se elementos de matriz extracelular - laminina e fibronectina- foi testada a ligação de proteínas recombinantes purificadas. A proteína codificada pelo inserto de cDNA Tc85-45 foi capaz de se ligar de maneira saturável a laminina e a fibronectina, mas não a albumina e gelatina. Os dados sugerem fortemente que, apesar da família da Tc-85- e por conseqüência a superfamília das gp85/trans-sialidases- codificarem proteínas com graus variáveis de seqüências similares, as seqüências específicas de peptídeos para a ligação a diferentes moléculas de matriz e receptores celulares variam entre membros da família, constituindo, assim, uma família multiadesiva de glicoproteínas que capacita o parasita a ultrapassar as barreiras impostas pelas membranas celulares, matrizes extracelulares e lâminas basais. / Trypomastigote forms of Trypanosoma cruzi express Tc-85 surface glycoproteins. Tc85-11, one member of the Tc-85 family, was characterized as an adhesion protein, with laminin and cytokeratin-18 binding sites localized, respectively, on the amino and carboxy terminal domains. Using consensus primers, a 2000 bp product was amplified from cDNA of trypomastigote forms of T. cruzi of the Y strain. A library enriched in Tc-85 cDNA was constructed using these primers and pCR T7/NT Topo Cloning (Invitrogen) plasmid. Sequencing of about 60 clones gave 30 complete ORFs. DNA sequencing was performed by the dideoxi-chain termination method and the sequences have been analyzed. By comparative analysis, identity of 40-90% was found among the sequenced clones and 30-70%, with members of the gp85/trans-sialidase superfamily proteins. The data were compiled in the following tools: ORF finder (NCBI), Cap3, Smith-Waterman algorithm, ClustalW, BioEdit and BLASTX/BLASTN (NCBI). For phylogenetic analysis, the Paup program was employed using maximum parsimony (MP), neighbor joining (NJ), and maximum likelihood (ML). The inferred tree had two groups and was submitted to full heuristic bootstrapping with 100 and 500 repetitions. The same two groups appeared when comparative sequence and phylogenetic analyses were correlated. In experiments in which extracellular matrix elements - laminin and fibronectin- were tested for binding to purified recombinant proteins, the protein coded by the cDNA insert Tc85-45 was able to bind in a saturable manner to laminin and fibronectin, but not to albumin and gelatin. The data strongly suggest that although the Tc-85 family, and by extension the gp85/glycoprotein superfamily, encode glycoproteins with variable degrees of similar sequences, the peptide sequences specific for the binding to different matrix molecules and cell receptors varies among the family members, thus, constituting a multi-adhesion family of glycoproteins that enables the parasite to overcome the barriers imposed by cell membranes, extracellular matrices and basal laminae.

Vários laboratórios descreveram moléculas que estão envolvidas na invasão do Trypanosoma cruzi à célula hospedeira. Nosso laboratório foi o primeiro a descrever moléculas de 85 kDa pertencentes a uma família de glicoproteínas (Tc-85) que possuem graus diferentes de homologia de seqüência com os membros da superfamília das gp85/transialidases. Um componente acídico (Tc85-11) da família Tc-85 que se liga à laminina e a receptores da célula hospedeira foi clonado e expresso (Giordano et al., JBC 274, 3461,1999). Nós levantamos a hipótese de que o polimorfismo dos diferentes membros da família Tc-85 poderiam determinar diferentes propriedades da adesão à célula hospedeira. Para provar tal hipótese, uma biblioteca genômica de Tc-85 utilizando o vetor pTEX e os seguintes primers: R-1 (5\') ATGTCCCGGCGTGTGTTTACTTCC e GPI-2(3\') TCACAAAGTCGCAAAGCCCCACAGTCC, foi digerida com enzimas de restrição resultando em fragmentos de tamanho esperado (~2-2,5 kb) em 91% dos clones selecionados. Treze clones foram seqüenciados em suas extremidades 5\' e 3\'. Nenhum era idêntico entre si apesar da variabilidade da homologia de seqüência (40-70%). No entanto, quando comparadas as regiões codantes para o peptídeo sinal foi encontrada uma homologia de 90%. Para assegurar a clonagem de genes funcionais, uma biblioteca de cDNA foi construída com primers degenerados (5\'-ATTTTTGTTCCGCAGAAGACGCAGGTG, 3\'ATTCAGTGGGCGGTTGTACAGAAAGAC) por transcrição reversa de seqüências conservadas da superfamília das gp85/transialidases, excluindo a seqüência codante para o peptídeo sinal e a seqüência codante para âncora de GPI (presença de aminoácidos hidrofóbicos). Os cDNAs foram amplificados e clonados no vetor de expressão pCR®T7/NT-TOPO. Foram selecionados 60 clones que foram submetidos à análise de restrição e 90% deles mostraram fragmentos com tamanho esperado. As proteínas de fusão de 4 destes clones foram reconhecidas em Western blot por um anticorpo policlonal feito contra um fragmento da Tc85-11 (H3.3). As seqüências obtidas da extremidade 5\' revelou que os quatro clones pertencem à superfamília das gp85/transialidase (GenBank). O alinhamento destas seqüências com a Tc85-11 mostrou uma homologia de 60-80% e uma identidade de 40-70% na seqüência de aminoácidos. Estes dados confirmam a heterogeneidade da família da Tc-85 que é expressa pelo parasita. Ademais, a expressão de elevadas quantidades das proteínas correspondentes permitirá a identificação dos ligantes respectivos para estas proteínas de superfície específicas de tripomastigotas. / Several laboratories described molecules that are involved in Trypanosoma cruzi invasion of host-cells. Our laboratory was the first to describe molecules of 85 kDa belonging to a glycoprotein family (Tc-85) having different degrees of sequence homology with the members of the gp85/trans-sialidase supergene family. An acidic component (Tc85-11) of the Tc-85 family that binds to laminin and to host-cell receptors was cloned and expressed (Giordano et al., JBC 274, 3461, 1999). We raised the hypothesis that the polymorphism of different members of the Tc-85 family could specify different adhesion properties to host proteins. In order to prove the hypothesis, a genomic Iibrary of Tc-85 using the pTEX vector and primers R-1 (5\') ATGTCCCGGCGTGTGTTTACTTCC and GPI-2 (3\') TCACAAAGTCGCAAAGCCCCACAGTCC was cut with restriction enzymes resulting in fragments of the expected size (~2-2.5 kb) in 91% of the clones. Thirteen clones were sequenced from their 5\' and 3\' terminal ends. None were identical in spite of a variable sequence homology (40-70%), as opposed to 90% of homology when the signal peptide coding regions were compared. In order to assure the cloning of functional genes, a cDNA Iibrary was constructed with degenerated primers ((5\') ATTTTTGTTCCGCAGAAGACGCAGGTG / (3\') ATTCAGTGGGCGGTTGTACAGAAAGAC) for reverse transcription of conserved sequences from the gp85/trans-sialidase supergene family excluding the hydrophobic sequences from both extremities. The cDNAs were amplified by PCR and cloned into pCR ®T7/NT-TOPO expression vector. 60 clones were selected and were subjected to restriction analysis and 90% of the clones showed fragments with the expected size. The expressed fusion proteins of 4 of these clones were recognized in Western blots by a polyclonal antibody raised against a fragment of Tc85-11 (H3.3). The sequences obtained from the 5\' termini revealed that all four clones belong to the gp85/trans-sialidase supergene family (GenBank TM). The alignment of these sequences with Tc85-11 showed a homology of 60-80% and an identity of 40-70% in aminoacid sequence. These data confirm the heterogeneity of the Tc-85 family that is expressed by the parasite. Additionally, the expression of high amounts of the corresponding proteins will allow the identification of putative Iigands for these trypomastigote specific surface proteins.

Trinta novos membros de Tc85 (superfamília das gp85/trans-sialidases) foram clonados e seqüenciados (30-90% identidade), mostrando um intenso polimorfismo entre os genes e levantando a hipótese de que a família possui propriedades multi-adesivas, que garantem ao Trypanosoma cruzi sucesso na invasão. Para verificar os distintos padrões de interação de diferentes membros de Tc85, duas proteínas recombinantes, Tc85-12r e Tc85-45r, foram testadas frente à matriz extracelular (MEC) e células LLC-MK2. As duas proteínas ligam-se dose-dependentemente à MEC imobilizada e apresentam ligação em laminina e fibronectina. Também foi observado um ligante de 60kDa, não identificado, de ambas Tc85 na MEC. Ensaios de ligação destas proteínas à células LLC-MK2 mostram que Tc85-45r têm ligação maior que Tc85-12r. Se a ligação é inibida com o tripeptídeo RGD, (presente somente na seqüência de Tc85-45r) observamos uma redução de 98% na adesão de Tc85-45r em LLC-MK2 contra 60% em Tc85-12r. No ensaio de invasão de tripomastigotas em LLC-MK2, RGD exógeno e Tc85-45r foram as que mais contribuiram para a inibição da invasão, mostrando a importância de RGD. Os resultados ressaltam as diferenças em motivos de adesão putativos e a capacidade de ligação de proteínas recombinantes tanto em célula hospedeira quanto em MEC, que podem ser importantes para o parasita durante a colonização do hospedeiro. / Thirty new members of Tc85 (gp85/transialidases supergene family) were cloned and sequenced (30-90% of identity), showing an intense polimorfism between the genes and raising the hypothesis that the family has multi-adhesive properties that assures the success of the invasion process of Trypanosoma cruzi. Two recombinants proteins, Tc85-12r and Tc85-45r, were assayed in order to verify the distinctive patterns of interaction between different members of Tc85 and extra cellular matrix (ECM) or LLC-MK2 cells. Both proteins exhibit a dose-dependent binding to immobilized ECM, laminin and fibronectin. We also noticed an unidentified 60 kDa ligand in the ECM that can bind to both Tc85. Binding assays of both proteins to LLC-MK2 cells show that Tc85-45r exhibit a higher number of bound cells at the saturation point than Tc85-12r. If the binding is inhibited with the RGD tripeptide (present just in Tc85-45r sequence), there is a 98% reduction of LLC-MK2 cells adhesion to Tc85-45r against a 60% reduction of adhesion to Tc85-12r. The tripomastigotes invasion to LLC-MK2 assay showed that both exogenous RGD and Tc85-45r were the most efficient inhibitors in the process thus confirming the importance of RGD. The results point out the difference between putative adhesion motifs and the recombinants proteins binding capacity to host cells and ECM, two characteristics that might be important to the parasite during the host colonization.

O Trypanosoma cruzi é um protozoário flagelado agente causador da Doença de Chagas, patologia endêmica da América Latina. Tripomastigotas de T. cruzi expressam em sua superfície celular glicoproteínas denominadas Tc-85 e pertencentes à superfamília gp85/trans-sialidase. Vários membros desta superfamília têm sido implicados na invasão das células hospedeiras pelo T. cruzi e componentes da matriz extracelular, como fibronectina e laminina, foram descritos como alguns de seus ligantes. Utilizando a técnica de phage display, a seqüência GGIALAG foi identificada por ligar-se especificamente e de uma forma dose-dependente ao H3.3p, uma proteína recombinante que corresponde a um fragmento interno de um membro clonado da Tc85 (Tc85-11). A análise através de alinhamento identificou o receptor de procineticina 2 (PKR2) como candidato putativo. Os receptores de procineticina (PKR1 e PKR2) são expressos em muitos tecidos e estruturalmente são membros da família da rodopsina, com sete domínios transmembranares e sítios putativos para modificações pós-traducionais. Os ligantes, as procineticinas 1 e 2, são peptídeos envolvidos em uma variedade de processos biológicos, tais como angiogênese, hematopoiese, diferenciação de monócitos, ativação de macrófagos, sobrevida neuronal, ativação do bulbo olfatório, motilidade gastrointestinal, nocicepção, ritmo circadiano, coordenação do comportamento circadiano e sua fisiologia e na função reprodutiva. Com o objetivo de verificar se os PKRs poderiam ser receptores de Tc85, foi utilizada a linhagem epitelial MCF10A, derivada de células mamárias humanas, que expressam PKR2 e PKR1, avaliado pelas técnicas de imunofluorescência, Western Blot e RT-PCR. A estratégia envolveu ensaios de ligação da proteína recombinante H3.3p e ensaios de inibição da invasão por T. cruzi em células MCF10A utilizando anticorpo anti-PKR2 ou um peptídeo sintético com a sequência GGIALAG. Este trabalho mostrou que 1. H3.3p se liga à superfície de MCF10A, detectado por imunofluorescência indireta, utilizando anticorpo monoclonal G1/G8 (que reconhece H3.3p); 2. H3.3p se liga a uma banda de ~45 kDa em um extrato de MCF10A, observado em um blot de nitrocelulose (\"overlay\") 3. O peptídeo sintético GGIALAG inibe a ligação do H3.3p à banda de ~45 kDa do extrato de MCF10A, região reconhecida pelo anticorpo anti-PKR2; 4. Os antígenos reconhecidos por anticorpos anti-PKR2 e anticorpos anti-GGIALAG colocalizam na superfície da célula MCF10A, avaliada por microscopia confocal; 5. Anticorpos anti-PKR2 inibem até ~ 60% da infecção de MCF10A pelo T. cruzi; 6. O peptídeo sintético GGIALAG (0,2mM) inibe até ~ 40% da infecção de MCF10A pelo T. cruzi; 7. Anticorpos anti-PKR1 inibem até ~ 60% da infecção de MCF10A pelo T. cruzi. Em conjunto, e aliado ao fato de PKRs serem expressos numa grande variedade de tecidos e órgãos, incluindo alguns classicamente alvo de T. cruzi, os dados sugerem que PKRs são ligantes para T. cruzi durante a infecção. Os dados sugerem ainda que a seqüência de aminoácidos GIALAG, presente em PKR2 estaria envolvida neste processo. / Trypanosoma cruzi is a flagellated protozoan causing Chagas\' disease. Trypomastigotes, an infective stage of T. cruzi, express at the cell surface members of Tc85, glycoproteins that belong to the gp85/trans-sialidase gene superfamily. Several members of the superfamily have been implicated in the invasion of host cells by T. cruzi and components of the extracellular matrix, as fibronectin and laminin, were described as their ligands. Using the phage display technique, a sequence (GGIALAG) was identified that specifically binds in a dose-dependent manner to H3.3p, a recombinant protein corresponding to an internal fragment of a cloned member of Tc-85. Alignment analysis identified the prokineticin receptor 2 (PKR2), as a putative candidate. Prokineticin receptors (PKR1, PKR2) are expressed in many tissues and are members of the rhodopsin family, with seven transmembrane domains and putative post-translational modifications. The ligands, prokineticins 1 and 2, are peptides involved in a variety of biological processes, such as angiogenesis, hematopoiesis, monocyte diferentiation, neuronal survival, machophage activation, olfactory bulb activation, gastrointestinal motility, pain sensitization, circadian rhythm and coordination of circadian behavior and physiology, as well as in reproduction function. In order to verify whether PKRs may be Tc85 receptors, MCF10A, a human mammary epithelial cell line, which expresses PKRs, as assessed by indirect immunofluorescence, Western Blot and RT-PCR, was employed as host cell. The strategy involved binding assays of H3.3p to MCF10A and invasion assay of MCF10A by T. cruzi in the presence of the synthetic peptide GGIALAG or in the presence of anti-PKR1, anti-PKR2 and anti-GGIALAG antibodies. This work shows that: 1. H3.3p binds to the surface of MCF10A; 2. H3.3p binds to a ~45 kDa band in a nitrocellulose blot of MCF10A cell extract (overlay); 3. The synthetic peptide GGIALAG inhibits the binding of H3.3p to the ~45 kDa band of MCF10A cell extract in the same region recognized by anti-PKR2 antibody; 4. The antigens recognized by anti-PKR2 antibody and by anti-GGIALAG antibody co-localize at the cell surface of MCF10A; 5. Anti-PKR2 antibody inhibits by ~60% the infection of MCF10A by T. cruzi; 6. The synthetic peptide GGIALAG (0.2 mM) inhibits by ~40% the infection of MCF10A by T. cruzi. 7. Anti-PKR1 antibody inhibits by ~60% the infection of MCF10A by T. cruzi; Altogether, and supported by the fact that PKR2 is widely expressed, including some classical targets of T. cruzi, the data herein indicate a possible role of PKR2, in particular the amino acid sequence GGIALAG, as a ligand for T. cruzi infection.

A doença de Chagas foi incialmente descrita em 1090 e após mais de 100 anos de investigações sobre essa doença, ainda pouco se sabe sobre os mecanismos ativados no parasita durante sua adesão e invasão à célula hospedeira. Glicoproteínas de massa molecular de 85kDa localizadas na membrana do parasita foram identificadas como principais elementos responsáveis pela interação com o hospedeiro. Essas proteínas também são capazes de se ligar a elementos da matriz extracelular (ECM) da célula hospedeira e esse evento parece ser crucial para modulação da adesão e invasão do parasita e consequente avanço da infecção. Embora diferentes elementos tenham sido identificados no hospedeiro como componentes da via de resposta a adesão ao parasita, as modificações induzidas pela sua ligação ao hospedeiro é ainda pouco conhecida. Modificações pós-traducionais de proteínas, incluindo a fosforilação, têm sido utilizadas por diferentes organismos na transdução de sinais extracelulares. Dessa forma, a identificação de proteínas diferencialmente fosforiladas durante a adesão de tripomastigotas de T. cruzi a ECM, fibronectina e laminina foi o objetivo dessa tese. Tripomastigotas foram incubados com ECM, fibronectina-, laminina- ou BSA- previamente aderidos em placas de cultura de células. Em seguida, os parasitas foram coletados e suas proteínas extraídas e separadas por 2D-PAGE. Os géis de eletroforese foram corados com Pro-Q Diamond (para identifiicação de proteínas fosforiladas) e posteriormente com coomassie colloidal (identificação de proteínas totais). Os spots com diferença significativa na coloração com Pro-Q Diamond (p< 0,05) foram identificados por LC-MS/MS. 54 spots foram diferencialmente fosforilados durante a adesão dos parasitas a ECM, dos quais 39 sofreram um aumento da intensidade de fosforilação e 15 uma redução. Já dos 43 spots diferencialmente fosforilados durante incubação com laminina, 16 aumentaram a fosforilação enquanto 27 sofreram redução da intensidade de fosforilação. Por fim, após incubação com fibronectina, dos 50 spots selecionados, 15 spots sofreram aumento da intensidade de fosforilação e 35 sofreram redução. Após identificação dos spots, as modificações por fosforilação/desfosforilação de proteínas de função desconhecida (hypothetical proteins), proteínas do citoesqueleto, proteínas do choque térmico (HSPs) e proteínas componentes do proteassomo do parasita foram as mais evidentes. A validação por immonoblotting de algumas proteínas identificadas indicou que a desfosforilação de proteínas do citoesqueleto junto com a fosforilação de proteínas do choque térmico são os principais eventos durante a resposta do parasita a adesão a ECM e a seus elementos. Além disso, a desfosforilação de ERK 1/2 observada indicou uma inativação dessa proteína em parasitas aderidos a fibronectina e laminina. Os resultados obtidos nessa tese sugerem uma provável relação entre modificações de proteínas do citoesqueleto e HSPs com a capacidade de internalização dos parasitas na célula hospedeira. / The Chagas disease was firstly described in 1909. After more than 100 years of investigation about this sickness much less is known about the mechanism triggered in the parasite during the adhesion and invasion to the host cell. 85kDa glycoproteins were identified as the major element responsible for the attachment to the host. In addition, these proteins are able to binding to extracellular matrix elements and host cytoskeletal proteins and it event appears to be an essential step in host cell invasion by T. cruzi. Although downstream signal modifications have been studied in host cells upon parasite binding, the molecular changes induced on the parasite by ligand binding are largely unknown. Since post-translational modification of proteins by phosphorylation is one of the most important mechanisms employed by organisms to transduce external signals, identification of proteins modified upon adhesion of T. cruzi trypomastigotes to ECM, laminin and fibronectin of the host cell was pursued. Trypomastigotes (Y strain) were incubated with ECM, laminin-, fibronectin- or BSA-coated surfaces, followed by 2D-PAGE stained with Pro-Q Diamond (phosphorylated protein detection) followed by colloidal coomassie stain (total protein identification). Proteins with significant differences in Pro-Q Diamond stain (p<0.05) were identified by LC-MS/MS. 54 spots were differentially phosphorylated during parasite adhesion to ECM, in which 39 spots have increased their phosphorylation level and 15 have decreased their phosphorylation. From the 43 spots presenting modification to the phosphorylation on incubation with laminin, 16 corresponded to cases of increase of phosphorylation and 27 to cases of dephosphorylation. After incubation with fibronectin: from the 50 spots selected, 15 corresponded to increase of phosphorylation and 35 to dephosphorylation. The results show phosphorylation/dephosphorylation modifications of unknown proteins, parasite cytoskeletal proteins (alpha and beta tubulin and paraflagellar-rod proteins), heat shock proteins and proteasome proteins. The validation by immunoblotting of proteins and their phosphorylation intensities indicates that cytoskeletal protein dephosphorylation in addition to heat shock proteins phosphorylation are the most important event during the trypomastigotes adhesion to the ECM. Looking for downstream signaling, dephosphorylation of ERK1/2 was also shown in trypomastigotes adhered to fibronectin or laminin, suggesting its inactivation. Thereby, those results suggest a possible correlation between cytoskeletal proteins and HSPs modification and the ability of parasite to internalize into host cells

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-18T12:02:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DOUTORADO COM CORREÇOES.pdf: 10540720 bytes, checksum: f145a8c9fdeee7916351a8189dd086ab (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-18T12:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DOUTORADO COM CORREÇOES.pdf: 10540720 bytes, checksum: f145a8c9fdeee7916351a8189dd086ab (MD5) Previous issue date: 2015-08-25 / FACEPE / A doença de Chagas, causada pelo Trypanosoma cruzi, constitui-se um dos maiores problemas de saúde pública em países do cone sul das Américas, pela sua vasta distribuição, altos índices de prevalência e gravidade de evolução. Embora o nifurtimox ainda seja utilizado em alguns países, o único fármaco atualmente disponível para a quimioterapia anti-Chagásica no Brasil é o benznidazol. No entanto, é ineficaz frente ao estágio crônico da doença e seu uso está associado à incidência de efeitos colaterais graves, o que torna imprescindível a busca por novos fármacos anti-T. cruzi. Para o desenvolvimento de um tratamento farmacológico apropriado, é necessária a descoberta de novos alvos terapêuticos no parasito, entre os quais se destaca a cruzaína, uma cisteína protease essencial à sua sobrevivência. As tiossemicarbazonas constituem uma classe de compostos bastante examinada devido a sua versatilidade química e ampla gama de atividades farmacológicas, com destaque para sua potencial atividade inibitória frente à enzima cruzaína. Com base nisso, foi planejada a síntese de uma série de 32 inéditas aril-tiossemicarbazonas (38a-l; 39a-t) através da o–alquilação de fenóis com 2-haloacetofenonas em meio básico, seguida pela condensação entre as acetofenonas e tiossemicarbazidas em meio ácido. A elucidação estrutural foi realizada por RMN 1H, RMN 13C, IV; a pureza foi determinada por análise elementar e a estrutura cristalográfica caracterizada pela difração de raios-X. A avaliação antiparasitária foi determinada frente às formas epimastigota, amastigota e tripomastigota do T. cruzi, ao passo que a citotoxicidade contra células hospedeiras foi avaliada em esplenócitos e fibroblastos. Ademais, analisou-se o processo de morte celular induzido pelos compostos, bem como a inibição causada por eles sobre a enzima cruzaína. A rota sintética empregada forneceu as aril-tiossemicarbazonas (38a-l; 39a-t) com rendimento e pureza aceitáveis. A análise de RMN indicou a presença de isômeros, de tal maneira que a estrutura cristalográfica obtida revelou a geometria e a configuração dos compostos obtidos. Já a avaliação da atividade antiparasitária, revelou que a maioria dos compostos exibiu atividade superior ao benznidazol contra as formas extracelulares do T. cruzi, com destaque para os compostos 39a e 39c, que mostraram atividade antiparasitária ampla e seletiva. O composto 39c, por sua vez, foi o mais seletivo contra as formas extracelulares do parasita e não apresentou citotoxicidade sobre esplenócitos de camundongo em altas concentrações. Por outro lado, estas aril-tiossemicarbazonas demonstraram, de um modo geral, baixa seletividade frente à forma amastigota do parasito. Além disso, 14 dos compostos testados inibiram a cruzaína com percentuais de inibição superiores a 70%, denotando que as alterações na conformação molecular e planaridade das tiossemicarbazonas aumentaram a afinidade pelo sítio de ligação da enzima. As tiossemicarbazonas 39i e 39n revelaram-se potentes inibidores, comparáveis ao composto de referência, K11777. Por último, foi observado que o tratamento baseado nestas tiossemicarbazonas causou morte celular de tripomastigotas por necrose. Enfim, o planejamento estrutural efetuado permitiu compreender aspectos químicos e relações estrutura-atividades de novas aril-tiossemicarbazonas. Consequentemente, isto resultou na triagem e identificação de inéditas aril-tiossemicarbazonas dotadas de atividade anti-T. cruzi de amplo espectro de ação, que afetam a ação da cruzaína e subsequentemente levam a morte celular por necrose. / Chagas disease, caused by Trypanosoma cruzi, it constitutes one of the major public health problems in southern cone countries of the Americas for its wide distribution, high rates of prevalence and severity of evolution. Although nifurtimox is still used in some countries, the only drug currently available for anti-chagasic chemotherapy in Brazil is benznidazole. However, it is ineffective against the chronic stage of the disease and is associated with serious side effects, which makes it essential to search for new drugs anti-T. cruzi. For developing an appropriate drug treatment, the discovery of new therapeutic targets in the parasite is necessary, among which stands out the cruzain, a cysteine protease essential for their survival. The thiosemicarbazones are a class of compounds quite examined due to its chemical versatility and wide range of pharmacological activities, highlighting its potential inhibitory activity against the enzyme cruzain. Based on this, it was planned synthesis of a series of novel 32 aryl-thiosemicarbazones (38a-l, 39a-t) by o-alkylation of phenols with 2-haloacetofenonas in basic medium, followed by condensation between acetophenone and thiosemicarbazides in acidic medium. The structural elucidation was performed by 1H NMR, 13C NMR, IR; purity was determined by elemental analysis and the crystal structure characterized by X-ray diffraction. The evaluation antiparasitic was given front of the epimastigote, amastigote and trypomastigote forms of T. cruzi, while the cytotoxicity was evaluated against host cells in splenocytes and fibroblasts. Furthermore, it was examined whether the cell death induced by the compounds, as well as inhibition caused by them on the enzyme cruzain. The employed synthetic route provided the aryl thiosemicarbazones (38a-l, 39a-t) with acceptable yield and purity. NMR analysis indicated the presence of isomers, such that the crystal structure obtained showed the geometry and configuration of the compounds obtained. Since the evaluation of antiparasitic activity, revealed that most of the compounds exhibited superior activity to benznidazole against extracellular forms of T. cruzi, especially the compounds 39a and 39c, which showed broad and selective antiparasitic activity. Compound 39c, in turn, was the most selective against extracellular forms of the parasite and showed no cytotoxicity against mouse splenocytes in high concentrations. On the other hand, these aryl thiosemicarbazones shown, generally, low selectivity towards the amastigote form of the parasite. Furthermore, 14 of the tested compounds inhibited cruzain with inhibition percentage higher than 70%, indicating that the changes in molecular conformation and planarity of thiosemicarbazones increased affinity for the enzyme binding site. The thiosemicarbazones 39i and 39n have proved to be potent inhibitors comparable to the reference compound, K11777. Finally, it was observed that treatment based on these thiosemicarbazones caused cell death of trypomastigotes by a necrotic pathway. In the end, the structural planning made possible understand chemical aspects and structure-activity relationships of new aryl thiosemicarbazones. Consequently, this resulted in the screening and identification of inedited aryl thiosemicarbazones endowed with antiparasitic activity of broad spectrum of action, affecting the action of cruzain and subsequently leading to cell death by necrosis.

Orientadores: Anibal Eugenio Vercesi, Fernanda Ramos Gadelha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-15T13:24:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_MarianaPinheiro_D.pdf: 41725038 bytes, checksum: ed76a74896573daa3ea8087e075ca302 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Lectinas são proteínas ou glicoproteínas que reconhecem glicoconjugados de superfície celular. Neste trabalho, nós investigamos se a lectina de sementes de Cratylia mollis (Cramoll 1,4) tem efeitos tóxicos em Trypanosoma cruzi. Cramoll 1,4 reconheceu glicoconjugados presentes na superfície celular dos parasitas, levando a aglutinação de epimastigotas e tripomastigotas, de uma maneira dose dependente (1-50 µg/ml). Além disso, Cramoll 1,4 diminuiu a proliferação de epimastigotas; 93% de inibição foi obtida com 50 µg/ml. A incubação de células (1.25 x 108 /ml) na presença de Cramoll 1,4 (50 |ig/ml) e Ca2+ (10µM) por 1 h induziu permeabilização de membrana plasmática seguida por influxo de Ca2+ e cúmulo de Ca2+ mitocondrial, resultado que se assemelha ao efeito clássico da digitonina. Cramoll 1,4 estimulou (cinco vezes) a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) mitocondrial, diminuiu de maneira significativa o potencial elétrico de membrana mitocondrial (??m) e prejudicou a fosforilação de ADP. A geração de EROs induzida por Cramoll 1,4 foi diminuída de forma significativa por EGTA. A permeabilização de membrana plasmática por digitonina (20 µM) em meio contendo Ca2+ também estimulou a geração de EROs mitocondrial, mas numa proporção menor que Cramoll 1,4. A velocidade de respiração desacoplada em epimastigotas não foi afetada pelo tratamento com Cramoll 1,4 + Ca2+ mas a respiração de repouso induzida por oligomicina foi 65% maior nas células tratadas do que nos controles. Experimentos usando frações mitocondriais de T. cruzi (MTc) mostraram que, em contraste com a digitonina, a lectina diminuiu de forma significativa o ??m por um mecanismo sensível a EGTA. Em concordância com os resultados da permeabilização de membrana plasmática e prejuízo da fosforilação oxidativa pela lectina, experimentos de microscopia de fluorescência usando iodeto de propídeo revelaram que Cramoll 1,4 induziu morte de epimastigotas por necrose. Experimentos feitos com mitocôndrias isoladas de fígado de rato (MFR) mostraram que Cramoll 1,4 induziu transição de permeabilidade mitocondrial, dependente de Ca2+, com aumento na produção de EROs. Em contraste ao que foi observado em MFR, o efeito de Cramoll 1,4 em MTc é insensível a ciclosporina A, um inibidor clássico do poro de transição de permeabilidade mitocondrial. Nós mostramos que a toxicidade de Cramoll 1,4 em epimastigotas parece resultar de uma ação conjunta nas membranas plasmática e mitocondrial do parasita, sobrecarga de Ca2+ mitocondrial e produção de EROs / Abstract: Lectins are proteins or glycoproteins that recognize cell surface glycoconjugates. In this work, we investigated whether Cratylia mollis seed lectin (Cramoll 1,4) has toxic effects on Trypanosoma cruzi. Cramoll 1,4 recognized glycoconjugates present on the cell surfaces of parasites, leading to agglutination of both epimastigotes and trypomastigotes in a dose-dependent manner (1-50 µg/ml). In additional, Cramoll 1,4 decreased epimastigote proliferation; 93% inhibition was attained at 50 µg/ml. Incubation of cells (1.25 x 108 /ml) in the presence of 50 µg/ml Cramoll 1,4 and 10 Ca2+ for 1 h induced plasma membrane permeabilization followed by Ca2+ influx and mitochondrial Ca2+ accumulation, a result that resembles the classical effect of digitonin. Cramoll 1,4 stimulated (five-fold) mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production, significantly decreased the electrical mitochondrial membrane potential (??m) and impaired ADP phosphorylation. ROS generation induced by Cramoll 1,4 was significantly diminished by EGTA. Plasma membrane permeabilization by 20 digitonin in a Ca2+ -containing medium also stimulated mitochondrial ROS generation but at a lower rate than Cramoll 1,4. The rate of uncoupled respiration in epimastigotes was not affected by Cramoll 1,4 plus Ca2+ treatment, but oligomycin-induced resting respiration was 65% higher in treated cells than in controls. Experiments using T. cruzi mitochondrial fractions (MTc) showed that, in contrast to digitonin, the lectin significantly decreased ??m by a mechanism sensitive to EGTA. In agreement with the results showing plasma membrane permeabilization and impairment of oxidative phosphorylation by the lectin, fluorescence microscopy experiments using propidium iodide revealed that Cramoll 1,4 induced epimastigote death by necrosis. Experiments performed with rat liver mitochondria (RLM) showed that Cramoll 1,4 induced Ca2+-dependent mitochondrial permeability transition increasing the ROS production. In contrast to RLM, the Cramoll 1,4 effect in MTc is insensitive to cyclosporin A, a classic inhibitor of mitochondrial permeability transition pore. We showed that Cramoll 1,4 toxicity to T. cruzi epimastigotes seems to result from a concerted action on the parasite's plasma and mitochondrial membranes, mitochondrial Ca2+ overload and ROS production / Doutorado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Doutor em Fisiopatologia Medica