Orientador: Marcos Hikari Toyama / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T09:30:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cotrim_CamilaAparecida_M.pdf: 24882799 bytes, checksum: f5ac35590f5619d941a17e8aa3f11bb4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nas últimas décadas, o uso de compostos naturais como flavonóides e sapogeninas tem sido largamente difundidos na indústria farmacêutica devido suas atividades antiinflamatórias, prevenção de câncer e de doenças cardiovasculares. Neste trabalho, foi avaliado o efeito da quercetina (flavonóide) e hecogenina (sapogenina), sobre as atividades catalítica e farmacológicas de uma isoforma de fosfolipase A2 secretória (sPLA2) de Crotalus durissus terrificus em duas situações: pré-incubado e co-incubado. Na préincubação, a sPLA2 pura foi incubada com os compostos e os resultados indicam modificações estruturais na estrutura secundária como evidenciada pelas análise de dicroísmo circular. Os dois compostos foram capazes de diminuir a atividade enzimática, porém, somente a quercetina foi capaz de diminuir a mionecrose. Nenhum dos compostos apresentou efeito sobre a formação de edema. Na co-incubação, três concentrações diferentes dos compostos foram misturados com sPLA2 e imediatamente testados. A coincubação mostrou uma menor ação sobre atividade catalítica quando comparado com a préincubação, sugerindo a importância da incubação dos compostos com a proteína. Entretanto, a co-incubação mostrou melhor efeito sobre as atividades farmacológicas (edema e miotoxidade). Os resultados obtidos sugerem a existência de dois sítios farmacológicos distintos, um relacionado com sítio enzimático e outro distinto dessa atividade. Além disso, estudos de docking realizados entre a sPLA2 e a quercetina mostraram a existência de ligações de hidrogênio, interações polares e hidrofóbicas, sugerindo que outros flavonóides com estruturas similares podem se ligar à sPLA2. Além de avaliar o efeito da quercetina sobre a sPLA2 de Crotalus durissus terrificus foi avaliado o efeito sobre uma sPLA2 cataliticamente inativa (Lys49-sPLA2) de Bothrops pirajai. O resultado de dicroísmo circular não apresentou modificações em nível de estrutura secundária, entretanto, estudo de estabilidade mostrou que a quercetina leva a uma maior estabilidade térmica da estrutura proteica frente a altas temperaturas, tornando o processo de desnaturação reversível. Apesar da ausência de atividade catalítica, Lys49-sPLA2 apresentou formação de edema, miotoxidade e uma baixa agregação plaquetária. Entretanto, nenhuma das atividades farmacológicas foi inibida significativamente pela quercetina. Os resultados apresentados mostram que o uso de compostos fenólicos são uma boa iniciativa para estudar e melhor entender as ações de sPLA2 purificadas do veneno de serpente. / Abstract: In the last decades, the use of natural compounds, such as flavonoids and sapogenins has been applied to various pharmaceutical industries due their anti-inflammatory, câncer preventive and cardiovascular protective activities. In this study was evaluated the effect of quercetin (flavonoid) and hecogenin (sapogenin) on the catalytic and pharmacological activity of a secretoy phospholipase A2 from Crotalus durissus terrificus in two different situations: pre-incubated and co-incubated. In the pre-incubation situation, native sPLA2 was incubated with the compounds and the results have shown structural modifications in secondary structure as evidenced through circular dicroism. Both compounds were able to decrease catalytic activity, however, just quercetin was able to decrease myonecrosis. None of the compounds have shown effects on the oedema formation. In the co-incubation, three different concentrations of both compounds were mixed with sPLA2 and immediately tested. Co-incubation has shown lesser effect on catalytic activity than pre-incubation, suggesting an important role of incubation process. Nevertheless, co-incubation presented better effects in pharmacological activities (oedema and myotoxic). These results suggest the existence of two pharmacological sites in the protein, one that is correlated with the enzymatic site and another that is distinct from it. In addition, molecular docking studies between sPLA2 and quercetin showed the existence of hydrogen-bonded, polar interactions and hydrophobic interactions, suggesting that other flavonoids with similar structures could bind to sPLA2. Besides to evaluate the effect of quercetin on a Crotalus durissus terrificus sPLA2, was also evaluated the effect of this compound on a sPLA2 inactive catalytically (Lys49-sPLA2) from Bothrops pirajai. Dicroism circular results did not show modifications in secondary structure, however, thermal stability study have shown that quercetin is able to increase the stability of sPLA2 in high temperatures, in addition to become the denaturation a reversive process. Despite of the lack of catalytic activity, Lys49-sPLA2 has shown oedema formation, myotoxic and a low platelet aggregation. Although none of pharmacological activities was significantly abolish by quercetin. The results have shown that the use of phenolics compounds are a good point to study and better understand the actions of sPLA2 purified from venom snake. / Mestrado / Bioquimica / Mestre Biologia Funcional e Molecular

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / As serpentes do gÃnero Crotalus estÃo representadas no Brasil por apenas uma espÃcie, a Crotalus durissus, o envenenamento pela sub-espÃcie Crotalus durissus cascavella conduz à alteraÃÃo sistÃmica, sendo responsÃvel pela causa preliminar de morte apÃs o acidente ofÃdico. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos farmacolÃgicos do veneno da serpente Crotalus durissus cascavella â Ce (Cdcasca). Neste trabalho estudou-se as aÃÃes do Cdcasca no sistema vascular, avaliando os parÃmetros fisiolÃgicos da pressÃo arterial e analisando as alteraÃÃes histolÃgicas no coraÃÃo, pulmÃo, rim, cÃrebro e fÃgado retirados apÃs os experimentos de pressÃo arterial. A atividade citotÃxica do Cdcasca foi avaliada em quatro linhas humanas de cÃlulas tumorais: leucemia, tumor de mama, tumor de cÃlon e tumor do sistema nervoso. Realizou-se uma investigaÃÃo do provÃvel mecanismo de aÃÃo do Cdcasca utilizando-se as metodologias de viabilidade celular por exclusÃo de Azul de Tripan, inibiÃÃo na sÃntese de DNA, atividade antiproliferativa de cÃlulas mononucleares (Alamar Blue). A integridade da membrana celular, fragmentaÃÃo do DNA e a alteraÃÃo do potencial transmembrÃnico mitocondrial foram analisados por citometria de fluxo. Investigou-se a aÃÃo do PeptÃdeo NatriurÃtico (NPcasca) isolado do veneno da Cdcasca nos sistemas de pressÃo arterial, anel de aorta e perfusÃo renal. ApÃs a perfusÃo renal, os rins foram submetidos à anÃlise histolÃgica e ao estudo da biologia molecular. Todos os parÃmetros estudados foram analisados pelo ANOVA e Student t-test, com p<0,05. Observou-se que o Cdcasca no sistema vascular causou uma diminuiÃÃo significativa nas freqÃÃncias cardÃaca e respiratÃria, bem como na pressÃo arterial mÃdia, havendo um aumento na produÃÃo de Ãxido nÃtrico no sangue dos animais tratados. Realizou-se o bloqueio farmacolÃgico com L-Name e os efeitos nas freqÃÃncias cardÃaca e respiratÃria e na pressÃo arterial mÃdia foram abolidos. O veneno bruto Cdcasca nÃo apresentou efeitos no leito vascular arteriolar mesentÃrico. O veneno bruto da Cdcasca foi fortemente citotÃxico na linhagem tumoral de leucemia, onde ocorreu uma diminuiÃÃo na viabilidade celular, bem como um aumento na fragmentaÃÃo do DNA. O NPcasca diminuiu as freqÃÃncias cardÃaca e respiratÃria e pressÃo arterial mÃdia. Ocorreu um aumento na produÃÃo de nitrito no sangue dos animais tratados. Nos experimentos de anel de aorta onde utilizou-se o NPcasca, observou-se um relaxamento dependente de endotÃlio. O NPcasca promoveu aumento significativo na pressÃo de e na resistÃncia vascular renal. O fluxo urinÃrio e o ritmo de filtraÃÃo glomerular tambÃm aumentaram significativamente. As alteraÃÃes histolÃgicas dos rins perfundidos foram discretas, comparando-as com as alteraÃÃes observadas com o veneno total. Nos experimentos com rim isolado nÃo houve alteraÃÃo de expressÃo gÃnica de mediadores inflamatÃrios. AtravÃs destes resultados concluÃmos que algum componente do veneno Cdcasca seja responsÃvel pelo efeito hipotensor e citotoxicidade em cÃlulas tumorais. O NPcasca apresentou um efeito hipotensor e aumentou a diurese e natriurese. NÃo houve alteraÃÃo de expressÃo gÃnica de mediadores inflamatÃrios no tecido renal / The snakes from the genus Crotalus in Brazil are represented by only one specie, Crotalus durissus. The poisoning by a sub-specie Crotalus durissus cascavella leads to systemic alterations, and is responsible for preliminary cause of death after the ophidic accident. This study aimed to evaluate the pharmacological effects of the snake venom Crotalus durissus cascavella - Ce (Cdcasca). This work looked at the actions of Cdcasca on the vascular system, assessing the physiological parameters of blood pressure and analyzing the histological changes in the heart, kidney, lung, brain and liver removed after the trials of blood pressure. The cytotoxic activity of Cdcasca was examined in four lines of human tumor cells: leukemia, breast tumor, colon tumor and nervous system tumor. There was an investigation of the likely mechanism of action of Cdcasca using the methods of viability cell by the exclusion of Trypan Blue, inhibition in the synthesis of ADN, antiproliferative activity of mononuclear cells (Alamar Blue). The integrity of the cell membrane, the ADN fragmentation and alteration of the mitochondrial transmembranic potential were analyzed by flow cytometry. It was Investigated the action of a Natriuretic Peptide (NPcasca) isolated from the venom of Cdcasca on a blood pressure system, on aortic rings assay and renal perfusion. After renal perfusion, the kidneys were subjected to histological analysis and study of its molecular biology. All parameters studied were analyzed by ANOVA and Student t-test, p <0.05. It was observed that the Cdcasca on the vascular system caused a significant decrease in heart and respiratory rates, and in the mean arterial pressure, with an increase in the production of nitric oxide in the blood of treated animals. There was made a pharmacological blockade with L-Name and the effects on heart and respiratory rates and mean arterial pressure were abolished. The total venom Cdcasca did not produced effects on the arteriolar mesenteric vascular bed. The whole venom Cdcasca was strongly cytotoxic on tumor line for leukemia, where there was a decrease in cell viability, as well as an increase in fragmentation of ADN. The NPcasca produced a decreased in heart and respiratory rates, and in the mean arterial pressure, with an increase in the production of nitric oxide in the blood of treated animals. In the experiments using NPcasca on aortic rings, there was a vasorelaxation dependent on endothelium. The NPcasca promoted a significant increase in perfusion pressure, and in renal vascular resistance. The urinary flow and the glomerular filtration rate also increased significantly. The perfused kidneys histological alterations were discrete, compared to the changes observed by the total venom Cdcasca. In experiments with isolated kidneys there was no change in gene expression of inflammatory mediators. Through these results we conclude that any component of poison Cdcasca is responsible for lowering effect and cytotoxicity in tumor cells. The NPcasca presented a hypotensive effects and increased the diuresis and natriurese. There was no change in gene expression of inflammatory mediators in kidney tissue

As serinoproteases de peçonha de serpentes (SVSPs) agem sobre pontos específicos do sistema circulatório, sendo consideradas promissoras para o tratamento de uma diversidade de desordens hemostáticas. No presente estudo, é descrita a expressão de uma serinoprotease de Crotalus durissus collilineatus (Collineina-1) em Pichia pastoris, bem como a purificação dessa toxina a partir da peçonha de C. d. collilineatus e a caracterização estrutural e enzimática da Collineina-1 nas formas nativa e recombinante. O cDNA que codifica a serinoprotease foi amplificado a partir da biblioteca de cDNA da glândula de peçonha de C. d. collilineatus e ligado ao vetor pPICZ A. A linhagem KM71H de P. pastoris foi transformada com o plasmídeo recombinante e as colônias foram selecionadas por resistência à zeocina. A expressão heteróloga foi realizada em meio mínimo suplementado com metanol, resultando em um rendimento de 56 mg de proteína por litro de cultura. A proteína recombinante foi purificada por um protocolo baseado em técnicas cromatográficas de troca iônica e fase reversa. A purificação da serinoprotease a partir da peçonha de C. d. collilineatus foi realizada pela combinação de técnicas de cromatografia de exclusão molecular, troca iônica e fase reversa, e resultou no isolamento de duas isoformas, denominadas Collineina-1 e 2. Quando analisada por espectrometria de massas, a Collineina-1 recombinante apresentou massa molar de 28.868 Da, enquanto as enzimas Collineina-1 e 2 apresentaram massas de 29.475 Da e 29.388 Da, respectivamente. A partir do alinhamento das sequências parciais das serinoproteases, foi possível determinar 100% de identidade dos aminoácidos para a Collineina-1 nativa e recombinante. O alinhamento múltiplo da sequência deduzida de aminoácidos da Collineina-1 indica uma semelhança estrutural dessa proteína com outras serinoproteases de peçonha de serpente. As enzimas nativa e recombinante mostraram efeitos similares sobre fibrinogênio bovino por clivarem preferencialmente a cadeia A do fibrinogênio, liberando o fibrinopeptídeo A. Ambas as enzimas induziram a coagulação do plasma bovino de forma dose-dependente, sendo que a Collineina-1 recombinante apresentou maior potencial coagulante, com uma dose mínima coagulante (DMC) de 0,08 mg/uL contra 0,225 mgu/L para a proteína nativa. As serinoproteases foram capazes de hidrolisar os substratos cromogênicos S-2222, S-2238 e S2302, embora ambas as enzimas tenham demonstrado maior atividade sobre o substrato S-2302. A atividade esterásica sobre o TAME foi avaliada em diferentes condições de temperatura e na presença de íons divalentes. As duas enzimas demonstraram alta termoestabilidade e tiveram a atividade inibida na presença dos íons Zn2+ e Cu2+. A cinética enzimática de ambas as serinoproteases seguiram o modelo de Michaelis-Menten. A Collineina-1 nativa apresentou um valor de Km de 1,43 mM, contra 1,682 mM para a proteína recombinante, indicando que a proteína nativa apresenta maior afinidade pelo substrato TAME. No entanto, as enzimas apresentaram valores similares de Kcat/Km (250,69 mM.min-1 para a Collineina-1 e 248,03 mM.min-1 para a rCollineina-1), sugerindo que as serinoproteases não diferem significativamente na eficiência em hidrolisar o substrato. Estes resultados demonstraram a adequação do sistema de escolha na produção heteróloga da Collineina-1, já que a proteína recombinante foi expressa com integridade funcional sobre os parâmetros avaliados. / Snake venom serine proteases (SVSPs) act on specific points of the circulatory system and are promising for the treatment of a variety of hemostatic disorders. In the present study, we describe the expression of a serine protease from Crotalus durissus collilineatus (Collineina- 1) in Pichia pastoris, the purification of the native toxin from C. d. collilineatus venom and the structural and enzymatic characterization of Collineina-1 in native and recombinant forms. The cDNA encoding the serine protease was amplified from cDNA library of C. d. collilineatus venom gland and cloned into pPICZ A vector. KM71H P. pastoris strain was transformed with the recombinant plasmid and colonies were selected by zeocin resistance. Heterologous expression was carried out in minimal medium supplemented with methanol, resulting in a yield of 56 mg of protein per liter of culture. The recombinant protein was purified by ion exchange and reverse phase chromatography. Purification of the native serine protease was accomplished by combining techniques of molecular exclusion, ion exchange and reversed phase, and resulted in the isolation of two isoforms, named Collineina-1 and 2. When analyzed by mass spectrometry, the recombinant Collineina-1 showed a molar mass of 28,868 Da, while Collineina-1 and 2 presented masses of 29,475 and 29,388 Da, respectively. The alignment of partial sequences of the enzymes resulted in 100% of amino acid identity between native and recombinant Collineina-1. The multiple alignment of deduced amino acid sequence of Collineina-1 indicates structural similarity with other snake venom serine proteases. The native and recombinant forms of the enzyme showed similar effects on bovine fibrinogen by cleaving preferentially A chain, releasing fibrinopeptide A. Both enzymes induced coagulation of bovine plasma in a dose-dependent way, though recombinant Collineina-1 presented a higher coagulant potential, with a minimum coagulant dose (MCD) of 0.08 mg/uL against 0.225 mg/uL for the native form. The serine proteases hydrolyzed S- 2222, S-2238 and S2302 chromogenic substrates, although both enzymes demonstrated increased activity upon S-2302. The esterase activity on TAME was evaluated at different temperatures and in the presence of divalent ions. Both enzymes showed high thermostability and their activity were inhibited in the presence of Zn2+ and Cu2+. The enzyme kinetics of both serine proteases followed Michaelis-Menten model. The native Collineina-1 showed a Km value of 1.43 mM, against 1.682 mM for the recombinant form, indicating that the native protein has a higher affinity for TAME substrate. However, enzymes had similar values for Kcat/Km (250.69 mM.min-1 for Collineina-1 and 248.03 mM.min-1 for rCollineina-1), suggesting that the serine proteases did not differ significantly in the efficiency to hydrolyze the substrate. These results demonstrated the adequacy of the system of choice in producing the snake venom serine protease, since the recombinant protein was expressed with functional integrity on the evaluated parameters.

Estudos anteriores demonstraram que o veneno de Crotalus durissus terrificus (VCdt) apresenta ação antiinflamatória prolongada, bem como inibe o espraiamento e a atividade fagocítica de macrófagos peritoneais, sendo a crotoxina (CTX), o principal componente do VCdt, a responsável por esses efeitos. Em relação aos neutrófilos, demonstrou-se que o VCdt inibe, in vitro e in vivo, a fagocitose por essas células, porém o componente do VCdt responsável por esse efeito não foi identificado. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi identificar o componente responsável pelo efeito inibitório do VCdt sobre a fagocitose por neutrófilos, bem como investigar os possíveis mecanismos envolvidos nessa ação. Além disso, foi também objetivo desse estudo investigar o efeito do VCdt e da CTX sobre a atividade microbicida e a produção de espécies reativas do oxigênio por essas células. Inicialmente, foi avaliado o efeito in vitro dos três picos do VCdt, obtidos durante a purificação da CTX (pico I; pico II, que corresponde a CTX, e pico III), sobre a atividade fagocítica de neutrófilos. A incubação dos neutrófilos com a CTX ou com os picos I ou III, em diferentes concentrações (0,02; 0,04; 0,08; 0,16 ou 0,32 ug/mL), mostrou que somente o pico II inibiu essa atividade, demonstrando que a CTX é o componente do VCdt responsável pelo seu efeito inibitório sobre a fagocitose por neutrófilos. Uma vez realizada essa identificação, foi investigado o efeito in vivo da CTX sobre essa função. O tratamento dos animais com a CTX (0,1 mg/kg), 2 horas, 1, 4 ou 14 dias antes ou 1 hora após a administração de carragenina inibiu a fagocitose por neutrófilos, o que demonstra que esta toxina, além do efeito direto, apresenta efeito sistêmico sobre a atividade fagocítica dessas células. Esses resultados mostraram também que a CTX apresenta efeito inibitório prolongado sobre a atividade fagocítica de neutrófilos. Ainda, com o objetivo de elucidar os possíveis mecanismos envolvidos nesse efeito inibitório foram realizados ensaios imunocitoquímicos para avaliar a reorganização do citoesqueleto. A incubação dos neutrófilos com o VCdt (0,5 ug/mL) ou com a CTX (0,08 ug/mL), bem como o tratamento dos animais com o VCdt (0,18 mg/kg) ou a CTX (0,1 mg/kg), 2 horas antes da administração de carragenina, inibiram a fosforilação de resíduos de tirosina e a polimerização da actina. Em relação ao efeito do VCdt e da CTX sobre outra função dos neutrófilos, foi investigado, em ensaios in vitro e in vivo, a atividade microbicida e a produção de espécies reativas do oxigênio por essas células. A incubação dos neutrófilos com o VCdt (0,125; 0,25; 0,5; 1,0 ou 2,0 ug/mL) ou a CTX (0,02; 0,04; 0,08; 0,16 ou 0,32 ug/mL), bem como o tratamento dos animais com o VCdt (0,18 mg/kg) ou a CTX (0,1 mg/kg), 2 horas antes da administração de carragenina, não alteraram a atividade microbicida e a produção de ânion superóxido, peróxido de hidrogênio e ácido hipocloroso. Em conclusão, a CTX é o componente do VCdt responsável por inibir a fagocitose por neutrófilos e um dos mecanismos envolvidos neste efeito é a inibição da fosforilação de proteínas sinalizadoras e a conseqüente polimerização de actina, importante evento para o início da formação do fagossoma e a completa internalização da partícula. Por outro lado, o VCdt e a CTX não alteram a atividade microbicida e a produção de espécies reativas do oxigênio por neutrófilos. Dessa forma, considerando-se o papel fundamental dessas células na inflamação, este estudo amplia os conhecimentos das ações moduladoras da CTX sobre a resposta inflamatória e, ainda, contribui para a elucidação dos mecanismos envolvidos nestas ações, particularmente, a inibição do processo de fagocitose por neutrófilos. / Previous studies showed that Crotalus durissus terrificus snake venom (CdtV) has long-lasting anti-inflammatory properties and inhibits the spreading and the phagocytic activity of peritoneal macrophages. Crotoxin (CTX), the main component of CdtV, is responsible for these effects. In addition, CdtV inhibits, in vitro and in vivo, the phagocytic activity of neutrophils, but the component of the venom responsible for this effect was not identified. In this way, the aim of this study was to investigate the CdtV component responsible for the inhibitory effect on phagocytosis by neutrophils, as well as to investigate possible mechanisms involved on this effect. Besides, the aim of this study was also to investigate the effect of CdtV and CTX on the microbicidal activity and the production of reactive oxygen species by neutrophils. Initialy, it was avaliated the in vitro effect of the three peaks of CdtV, obtained during CTX purification (peak I, peak II that corresponds to CTX and peak III), on phagocytosis by neutrophils. The incubation of the cells with CTX, peak I or peak III, at different concentrations (0.02, 0.04, 0.08, 0.16 or 0.32 ug/mL), showed that just peak II inhibited this activity, so CTX is the CdtV component responsible for the inhibitory effect on phagocytosis by neutrophils. Once realized this identification, it was investigated the in vivo effect of CTX on the same neutrophil function. Treating animals with CTX (0.1 mg/kg), 2 hours, 1, 4 or 14 days before or 1 hour after the administration of carrageenan inhibited the phagocytic activity of neutrophils, which demonstrates that this toxin, in addition to the direct effect, has systemic effect on phagocytosis by neutrophils. These results also show that CTX has a long-lasting inhibitory effect on the phagocytic activity of these cells. Further, to elucidate possible mechanisms involved on this inhibitoty effect, immunocytochemical assays was realized to evaluate the reorganization of the cytoskeleton. The incubation of the neutrophils with CdtV (0.5 ug/mL) or CTX (0.08 ug/mL), as well as the treatment of the animals with CdtV (0.18 mg/kg) or CTX (0.1 mg/kg), 2 hours before the carrageenan injection, inhibited the phosphorilation of tyrosine residues and actin polymerization. Regarding the effect of CdtV and CTX in other neutrophil function, it was investigated, in vitro and in vivo, the microbicidal activity and the production of reactive oxygen species by neutrophils. The incubation of the cells with CdtV (0.125, 0.25, 0.5, 1.0 or 2.0 ug/mL) or CTX (0.02, 0.04, 0.08, 0.16 or 0.32 ug/mL), as well as the treatment of the animals with CdtV (0.18 mg/kg) or CTX (0.1 mg/kg), 2 hours before the carragennan injection, did not alter the microbicidal activity or the production of superoxide, hydrogen peroxide and hypochlorous acid. In conclusion, CTX is the CdtV component responsible for the inhibitory effect on phagocytosis by neutrophils and a mechanism involved on this effect is the inhibition of phosphorilation of signaling proteins and the consequent actin polymerization, an important event for the phagosome formation and the complete internalization of the particle. On the other hand, CdtV and CTX did not alter the microbicidal activity or the production of reactive oxygen species. Thus, considering the essential role of these cells in inflammation, this study extends the knowledge of the actions of CTX on modulating the inflammatory response and also contributes to the elucidation of the mechanisms involved in these actions, particularly the inhibition of phagocytosis by neutrophils.

A presença de inibidores no plasma e soro de animais resistentes ao veneno de serpentes, assim como no plasma ou soro de serpentes imunes a seu próprio veneno, é amplamente conhecida. Um grupo destes inibidores são os inibidores de metaloproteases do veneno de serpente (SVMPs), eles têm sido caracterizados do ponto de vista físico químico, porém a falta de informações estruturais e termodinâmicas acerca da sua inibição sobre as SVMPs, tem permanecido como um grande obstáculo para sua aplicação terapêutica ou desenvolvimento como ferramentas moleculares. Por tanto, isolamos um novo inibidor de metaloproteases a partir do soro de C. d. terrificus, por nós denominado crotaini, e realizamos a caracterização cinética de sua interação com a bothropasina, uma das principais metaloproteases do veneno de B. jararaca, e da mesma forma, caracterizamos cineticamente a interação desta metaloprotease com dos inibidores já conhecidos, DM40 e DM43, isolados do soro de D. marsupialis. Determinando as constantes cinéticas mediante cinética enzimática e ressonância plasmônica de superfície (SPR) no Biacore T200. Os valores obtidos permitiram estabelecer que a interação entre o crotaini e a bothropasina, é de alta afinidade, além de evidenciar a sua ligação de forma equimolar e estável. Assim mesmo, o crotaini apresentou uma constante de inibição menor às constantes determinadas para o DM40 e DM43. Adicionalmente, estudos de interação após tratamento quelante da enzima permitem prever que existem diferenças respeito aos domínios estruturais envolvidos na interação do crotaini com a bothropasina, em comparação aos inibidores DM40 e DM43. / The presence of inhibitors in plasma or serum from snake venom - resistant animals is well known. These inhibitors are also present in plasma and serum of snakes that are immune to their own venom. A group of these molecules are snake venom metalloprotease inhibitors (SVMPIs). Although the physicochemical properties of these inhibitors are well established, the lack of structural and thermodynamic information has been a bottleneck for their therapeutic use and development as molecular tools. In this work a new metalloprotease inhibitor was isolated from C. d. terrificus, and named crotaini. The kinetic interaction of crotaini with bothropasin, one of the main metalloproteases from the B. jararaca venom, was investigated. Similarly, the kinetic interactions of crotaini with the inhibitors DM40 and DM43, isolated from D. marsupialis serum, were also studied. The kinetic constants were determined by enzymatic kinetics and surface plasmonic resonance (SPR) in a Biacore T200. The obtained values enabled us to demonstrate the high affinity of the inhibitors toward the metalloprotease, achieved through an equimolar and stable complex formation. In addition, studies of interactions of the metaloprotease bothropasin with its inhibitors in the presence of chelant agents revealed differences between that established with crotaini as compared with those made with DM40 and DM43.

Neste trabalho foi estudado o potencial imunorregulador da crotoxina (CTX) obtida do veneno de C. d. terrificus, em modelo experimental de colite induzida pelo TNBS em camundongos. A CTX foi capaz de diminuir a perda de peso, o score clínico e histológico, síntese de MPO e citocinas pró-inflamatórias. Menor número de neutrófilos e macrófagos com fenótipos M1 e M2 na lâmina própria foi observado nos grupos TNBS/CTX em relação ao TNBS. A CTX induziu TGF-b e IL-10, PGE2 e LXA4. A neutralização in vivo dessas citocinas ou o bloqueio da síntese desses eicosanoides indica que estas moléculas exercem papel relevante na ação moduladora da CTX no quadro inflamatório. As análises das diferentes populações celulares da lâmina própria, linfonodos e Placas de Peyer mostraram que não houve diferença nos linfócitos CD4+Tbet+ entre os grupos TNBS e TNBS/CTX. No entanto, a CTX promoveu aumento de CD4+FoxP3+ e diminuição de CD4+RORg+. Estes resultados indicam que a CTX é capaz de modular a resposta inflamatória aguda intestinal melhorando o quadro clinico observado nos animais. / In this work it was analyzed the immunomodulatory effect of crotoxin (CTX) isolated from C.d. terrificus snake venom, on the experimental model of colitis induced by TNBS in mice. The CTX was able to inhibit the weight loss, clinical and histological score, MPO synthesis and pro-inflammatory cytokines. Lower number of neutrophils and macrophage (M1 and M2) in lamina propria was observed in TNBS/CTX mice compared with the TNBS group. In contrast, the CTX induced increased TGF-b, IL-10, PGE2 and LXA4. The in vivo neutralization of these cytokines or eicosanoids synthesis indicates that these molecules exert significant role in the modulatory effect of CTX. The analyzes of distinct cell populations from lamina propria, lymph nodes and Peyers pathes showed no difference in CD4+Tbet+ between TNBS or TNBS/CTX mice. However, CTX induced an increase of CD4+FoxP3+ and decreased CD4+RORgt+. Together, these results indicate that CTX is able to modulate intestinal acute inflammatory response induced by TNBS improving the clinical status of the mice.

Acidentes causados por animais peçonhentos representam um grave problema de saúde pública, principalmente em áreas de difícil acesso da população ao serviço de saúde. No Brasil, o gênero Crotalus é o gênero de serpente cuja peçonha apresenta o maior índice de letalidade. As L-aminoácido oxidases (LAAOs) estão presentes na peçonha crotálica e são flavoenzimas que catalisam a oxidação de L-aminoácidos, produzindo, concomitantemente, peróxido de hidrogênio e amônia. LAAOs têm demonstrado atividade citotóxica, antimicrobiana, antitumoral, antiparasitária e na agregação plaquetária. Os objetivos desse estudo incluíram o isolamento e a caracterização bioquímica da LAAO de C. d. terrificus, assim como a avaliação de seu potencial leishmanicida e da ativação de fibroblastos. Foram desenvolvidos dois protocolos para isolamento da LAAO. O primeiro consistiu em cromatografias de troca catiônica, filtração molecular e de interação hidrofóbica. O segundo protocolo diferiou do primeiro na terceira etapa (cromatografia de afinidade). Cromatografia de fase reversa da LAAO isolada demonstrou um alto grau de pureza e a separação do cofator FAD. A massa molecular da LAAO foi determinada por espectrometria de massas MALDITOF (58.702,196 Da). A caracterização estrutural dessa LAAO também incluiu a dedução da sua sequência primária e a localização do sítio de glicosilação e das ligações dissulfeto através de espectrometria de massas em equipamentos LC-MS/MS com diferentes tipos de fragmentação (HCD, ETD e EThcD). A sequência primária (498 resíduos) foi obtida após digestão da LAAO com diferentes proteases e o sítio de glicosilação foi localizado na Asn361. Análise por SDS-PAGE da LAAO em condições reduzida e reduzida/deglicosilada mostrou que cerca de 5% da massa da proteína é relativa à presença de açúcar. As ligações dissulfeto (Cys10-Cys171 e Cys331-Cys412) foram localizadas após digestão da enzima em pH ácido e análise por LC-MS/MS. A avaliação qualitativa da especificidade de substratos mostrou preferência por L-aminoácidos hidrofóbicos e, a ordem de especificidade (L-Phe>LLeu> L-Met>L-Trp>L-Ile) foi determinada através da cinética enzimática. A estabilidade da LAAO foi avaliada em diferentes temperaturas, tempos e condições de armazenamento. A enzima mostrou grande perda de atividade ao longo do tempo, sendo que a liofilização e o congelamento a -20 °C inibiram sua atividade completamente. A estabilidade térmica, avaliada pela técnica do Termofluor, mostrou que a LAAO é mais estável na presença de pH ácido, diferentes concentrações de substratos e ausência de NaCl. Promastigotas de Leishmania amazonensis foram estimulados com a LAAO (55 mUAE) e cerca de 30% dos parasitas foram mortos. Fibroblastos L929 também foram estimulados com a LAAO e em baixa concentração da enzima (1,83 mUAE) a viabilidade celular foi próxima de zero. Nas concentrações sem morte celular significativa, a ativação dos fibroblastos foi avaliada através da dosagem de óxido nítrico e citocinas, mas, em nenhum dos casos, houve ativação das células e maior produção desses compostos. Portanto, no presente estudo, foi isolada e caracterizada uma LAAO de C. d. terrificus que apresentou ação contra promastigotas de L. amazonensis e alta citotoxicidade para fibroblastos, sem causar a ativação dessas células / Acidents caused by venomous animals represent a serious publich health problem, mainly in remote areas where the acess to the health service is difficult. In Brazil, the genus Crotalus is the most lethal genus among the Brazilian snakes. The L-amino acid oxidases (LAAOs) are present in the venom from this genus and they are flavoenzymes that catalyze the oxidation of L-amino acids, producing hydrogen peroxide and ammonia concomitantly. LAAOs have been demonstrating many activities, including cytotoxic, antimicrobial, antitumor, antiparasitic and action on platelet aggregation. The main objectives of this study included the isolation and biochemical characterization of a LAAO from C. d. terrificus, and the evaluation of its leishmanicide potential and the fibroblasts activation. Two protocols were developed to the LAAO isolation from C. d. terrificus venom. First one consists in ionic exchange, gel filtration and hydrophobic interaction chromatographies. The second protocol has a modification in the third step which is affinity chromatography. Reverse-phase chromatography of the isolated LAAO showed high purity degree and the separation of FAD from the enzyme. The LAAO molecular mass was determined by MALDI-TOF mass spectrometry (58,702.196 Da). The structural characterization also included the deduction of primary sequence and the glycosylation site and disulfide bonds determinations through LCMS/ MS with different fragmentation modes (HCD, ETD, EThcD). The primary sequence (498 amino acid residues) was obtained after the LAAO digestion using different proteases. The glycosylation site was located in the Asn361. A SDS-PAGE analysis of reduced LAAO and reduced/deglycosylated LAAO showed that about 5% of the LAAO mass is due to the sugar presence. The disulfide bonds were determined after LAAO digestion at low pH and LC-MS/MS analysis. It showed bonds between Cys10-Cys171 and Cys331-Cys412. The qualitative evaluation of substrate specificity revealed preference for hydrophobic L-amino acids. The specificity order, determined through the kinetics evaluation, is L-Phe>L-Leu>LMet> L-Trp>L-Ile. The LAAO stability was evaluated at different temperatures, timecourse and storage conditions. The enzyme lost its activity over time, and lyophilization and freezing at -20 °C completely inhibited its activity. The thermal stability, evaluated by the Termofluor method, demonstrated that the best LAAO structural stability is achieved at acid pH, different substrate concentrations and at absence of NaCl. Leishmania amazonensis promastigotes were stimulated with LAAO (55 mEAU) and the parasites death was about 30%. The fibroblasts cell line L929 was also stimulated with LAAO, and at low concentration (1.83 mEAU) the cellular viability was close to zero. At lower concentrations, without significative cellular death, the fibroblast activation was evaluated through the nitric oxide e cytokines production, but none of the compounds were released. Therefore, in this study, a LAAO from C. d. terrificus venom was isolated and characterized. Moreover, this enzyme presented leishmanicide against L. amazonensis promastigotes and high cytotoxicity to fibroblasts, without the activation of these cells.

O veneno da serpente Crotalus durissus terrificus e seus componentes desencadeiam importantes efeitos biológicos que envolvem direta e/ou indiretamente, componentes do sistema circulatório. Contudo, não há estudos específicos na literatura sobre os efeitos do veneno crotálico ou de suas toxinas, em células endoteliais. As células endoteliais constituem a camada de revestimento interna dos vasos sanguíneos, denominada endotélio. Este tecido é metabolicamente ativo, com função protetora do sistema cardiovascular e desempenha papel central na regulação da função circulatória, através do controle da coagulação, permeabilidade e do tônus vascular. Neste contexto, este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos do veneno de Crotalus durissus terrificus (VCdt), do seu componente majoritário, a crotoxina (CTX) e de suas subunidades, fosfolipase A2 (CB) e crotapotina (CA), sobre células endoteliais, em cultura, quanto à: i) viabilidade e proliferação celular; ii) integridade das monocamadas; iii) produção de óxido nítrico, de prostaciclina e mecanismos envolvidos neste efeito. Os resultados obtidos demonstram que o veneno de Crotalus durissus terrificus afetou a viabilidade e a integridade de células endoteliais em cultura, de modo tempo-dependente e apenas na maior concentração, sugerindo sua baixa toxicidade sobre as células endoteliais. A subunidade CB, mas não a CTX nem a crotapotina, reproduziu os efeitos causados pelo VCdt. Em concentrações não citotóxicas, tanto o veneno quanto as toxinas não alteraram a proliferação celular nem a produção basal de óxido nítrico pelas células endoteliais. Por outro lado, o veneno e a subunidade CB, mas não a CTX nem a CA causaram aumento significativo da produção de prostaciclina, via COX-1 e COX-2, sendo que a expressão protéica da isoforma COX-2 foi induzida por estes agentes. Além disso, foi demonstrado que a fosfolipase citosólica é relevante para o aumento da produção de prostaciclina, induzido pela CB. Adicionalmente, foi demonstrado que a atividade catalítica da subunidade CB é essencial para os efeitos descritos. Isto reforça a sugestão de que a subunidade fosfolipásica, isoladamente, possa contribuir para os efeitos do veneno total no endotélio. Nesse sentido, se houver alguma fração desta enzima na sua forma livre, no veneno total, sugere-se que ela contribua, de modo significativo, para os efeitos do veneno de Crotalus durissus terrificus no endotélio. / Crotalus durissus terrificus snake venom (CdtV) and their components induces systemic effects, which interfere with blood vessel system. Endothelial cells (EC) are central elements for haemostasis, regulating blood vessel-wall permeability, blood fluidity and adhesion properties of circulating leukocytes. However, there is no available data on the effects of this venom and its components on endothelial cells. In this study, the effects of CdtV, crotoxin (CTX) which is formed by two distinct subunits named crotapotin (CA) and phospholipase A2 (CB), on endothelial cells in vitro were investigated, analyzing EC viability and proliferation, EC monolayers integrity, release of both nitric oxide and prostacyclin (PGI2). CdtV, at the highest concentration, time-dependently decreased the viability of EC and the integrity of cell monolayers. The CB subunit, but not CTX nor CA, reproduced the effects caused by crude venom. In contrast, neither EC proliferation nor release of oxide nitric were affected by non-cytotoxic concentrations of CdtV or isolated toxins. However, at the same experimental condition, both CdtV and CB increased the prostacyclin release by endothelium through activation of COX-1 and -2 enzyme systems. Moreover, these toxins upregulated protein expression of COX-2 isoform, but did not alter constitutive expression of COX-1. On the other hand, neither CTX nor CA affected basal production of PGI2. Inhibition of cytosolic PLA2 (cPLA2) by AACOCF3 significantly reduced PGI2 increments caused by both CdtV and CB implying that cPLA2 cooperates for the synthesis of PGI2 induced by them. Inhibition of the catalytic activity of CB abrogated its ability to induce the release of PGI2, thus suggesting the importance of the phospholipase A2 enzyme activity for this effect. These findings provide evidence that CdtV and CB can directly activate EC and up-regulate cyclooxygenase pathways for production of prostacyclin, an important mediator of vasodilation and inflammation. Moreover, CB through its catalytic activity may significantly contribute for the stimulatory effect of CdtV in EC. Therefore, these findings indicate novel regulatory mechanisms for both CdtV and venom secretory PLA2 in endothelial cells.

Neste estudo foram avaliados os efeitos da subunidade CB (FLA2 isolada do veneno da serpente C. d. terrificus) em células endoteliais quanto: 1) síntese de PGI2 e mecanismos e 2) mecanismos inibitórios sobre moléculas de adesão. Os resultados mostraram que a liberação de PGI2 induzida pela CB depende de COX-1, PGIS, cFLA2, ERK1/2, mas não de COX-2, NF-kB, p38, JNK, iFLA2, receptor IP, AC ou PKA. Em adição, a CB aumentou os níveis de PGIS, mas não de COX-1 ou COX-2. Ainda, a CB inibiu a expressão de ICAM-1 e VCAM-1, mas não de PECAM-1, induzidas pelo LPS. Em relação aos mecanismos da ação inibitória da CB, foi demonstrado que o PPAR-&alpha; e -&beta;/&delta;, IP, AC, PKA e a PGI2 são relevantes para inibição de ICAM-1, mas não de VCAM-1, induzida pelo LPS. Além disso, a CB inibiu a expressão gênica de ICAM-1, VCAM-1, TNF-&alpha; e IL-6, induzida pelo LPS. Este estudo evidenciou importantes vias na ação inibitória da FLA2 crotálica, em um evento fundamental da resposta inflamatória e trouxe a melhor compreensão das atividades biológicas desencadeadas por esta FLA2 em células endoteliais. / In this study the effect of CB, a phospholipase A2 (PLA2) isolated from Crotalus durissus terrificus snake venom, in cultured endothelial cells was investigated, with focus on: i) biosynthesis of prostacyclin (PGI2) and related mechanisms, and ii) inhibitory mechanisms on expression of ICAM-1, VCAM-1 and PECAM-1 adhesion molecules. Results showed that COX-1, PGI2 synthase (PGIS), cPLA2, ERK1/2 and MEK1/2, but not COX-2, NF-kB, p38, JNK, iPLA2, IP receptor, cyclase adenylate nor PKA, are involved CB-induced PGI2 biosynthesis. In addition, CB up-regulated PGIS, but not COX-1 nor COX-2 protein levels. Moreover, CB was able to inhibit LPS-induced ICAM-1 and VCAM-1, but not PECAM-1 protein expression. PPAR-&alpha; and -&beta;/&delta;, IP receptor, cyclase adenylate, PKA and PGI2, but not PPAR-&gamma;, are essential for CB-induced inhibition of ICAM-1. Furthermore, CB inhibited LPS-induced gene expression of ICAM-1, VCAM-1, TNF-&alpha; and IL-6. Inhibition of these cytokines by CB may be related to down regulation of both VCAM-1 and ICAM-1 seen in endothelial cells incubated with this venom PLA2.

Hialuronidases são responsáveis pela hidrólise de hialuronan, o principal componente da matriz intersticial. Estas enzimas são ubíquas nas peçonhas de serpentes, contudo suas concentrações e características podem variar entre as espécies. Embora estudos indiquem a presença de atividade hialuronidásica na peçonha de Crotalus durissus terrificus e a hialuronidase apresente importante papel no envenenamento local e sistêmico, a enzima ainda não havia sido estudada. Os objetivos deste trabalho focaram o isolamento e a caracterização funcional e estrutural da hialuronidase (CdtHya1) presente na peçonha de serpente Crotalus durissus terrificus. CdtHya1 foi purificada por cromatografia de troca iônica seguida de filtração molecular e interação hidrofóbica (recuperação proteica = 0,23%), consistindo no primeiro estudo de isolamento e caracterização de uma hialuronidase crotálica. Os 44 primeiros aminoácidos do seu N-terminal foram determinados por degradação de Edman e mostraram compartilhar um elevado grau de identidade sequencial com outras hialuronidases depositadas em bancos de dados. CdtHya1 é uma glicoproteína e apresentou atividade máxima a 37°C, pH 5,5 e na presença de NaCl 0,2 mol/L. Seu monômero de 64,5 kDa foi estimado por SDS-PAGE sob condições redutoras. A atividade específica da peçonha solúvel foi 145 unidades turbidimétricas reduzidas por miligrama (UTR/mg), contra 5.066 UTR/mg para CdtHya1. A enzima apresentou Kcat de 3.781,0 min-1 sobre hialuronan e em torno de 400 min-1 sobre os sulfatos de condroitina A, B e C, indicando maior atividade sobre hialuronan. Cátions divalentes (Ca2+ e Mg2+) e NaCl 1 mol/L reduzem significativamente a atividade enzimática. A enzima pura (32 UTR/40 ?L) diminuiu o edema provocado pela injeção subplantar de tampão, crotoxina ou fosfolipase A2 (PLA2), aumentando a difusão destes pelos tecidos dos camundongos. CdtHya1 potencializou a ação da crotoxina, como evidenciado pela morte de camundongos até o final do ensaio de edema de pata. A enzima nativa pura foi submetida a ensaios cristalográficos preliminares onde foram obtidos os primeiros cristais, constituindo assim um passo importante para a determinação da primeira estrutura tridimensional de hialuronidase de peçonha de serpente. Este estudo relata o procedimento de purificação da CdtHya1, a primeira hialuronidase isolada de peçonhas crotálicas com alta atividade antiedematogênica. / Hyaluronidases are responsible for hyaluronan hydrolysis, the major component of the interstitial matrix. These enzymes are ubiquitous in snake venoms, however their concentrations and characteristics may vary between species. Although studies indicate the presence of hyaluronidase activity in the Crotalus durissus terrificus venom and hyaluronidase presents important role in local and systemic envenoming, the enzyme has not been studied yet. The objectives of this study focused on the isolation and functional and structural characterization of hyaluronidase (CdtHya1) presents in Crotalus durissus terrificus snake venom. CdtHya1 was purified by ion exchange chromatography followed by molecular filtration and hydrophobic interaction (protein recovery = 0.23%), consisting in the first study on the isolation and characterization of a crotalic hyaluronidase. Its first 44 N-terminal amino acids were determined by Edman degradation and showed to share a high level of sequence identity against other hyaluronidases deposited in data banks. CdtHya1 is a glycoprotein and it showed maximum activity at 37 °C, pH 5.5 and in the presence of 0.2 mol/L NaCl. Its monomer of 64.5 kDa was estimated by SDS-PAGE under reducing conditions. The soluble venom specific activity was 145 turbidity reducing units per milligram (TRU/mg), against 5,066 TRU/mg for CdtHya1. The enzyme showed Kcat of 3,781.0 min-1 on hyaluronan and about 400 min-1 on chondroitin sulphates A, B or C, indicating higher activity on hyaluronan. Divalent cations (Ca2+ and Mg2+) and 1 mol/L NaCl significantly reduce the enzyme activity.The pure enzyme (32 TRU/40 ?L) decreased the edema caused by subplantar injections of buffer, crotoxin or phospholipase A2 (PLA2), increasing their diffusion through mice tissues. CdtHya1 potentiated crotoxin action, as evidenced by mice death by the end of the paw edema assay. The pure native enzyme was subjected to preliminary crystallographic studies where the first crystals were obtained, thus providing an important step in determining the first three-dimensional structure of hyaluronidase snake venom. This study reports the purification procedure of CdtHya1, the first hyaluronidase isolated from crotalic venoms with high antiedematogenic activity.