Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, 2006. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-10-29T09:47:08Z No. of bitstreams: 1 2006_Ana Paula Ferreira Leite.pdf: 1615018 bytes, checksum: a155875e60053bb996f379b5a54f45e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2009-10-30T12:15:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Ana Paula Ferreira Leite.pdf: 1615018 bytes, checksum: a155875e60053bb996f379b5a54f45e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-10-30T12:15:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Ana Paula Ferreira Leite.pdf: 1615018 bytes, checksum: a155875e60053bb996f379b5a54f45e0 (MD5) Previous issue date: 2006-03-31 / A possibilidade de expressão de proteínas constituintes das sedas de aranhas em larga escala com a cinética desejada usando sistemas heterólogos, pode permitir sua aplicação em vários produtos médicos como curativos e microfilamentos de suturas para neurocirurgias. Neste contexto, foi construída uma biblioteca de cDNA da glândula da seda da aranha Nephilengys cruentata, onde foram encontrados, além dos genes estruturais da seda, outros ainda não descritos. Dentre estes, a predição da estrutura primária da seqüência codificante do clone H09, denominada proteína H09, apresentou identidade com uma esfingomielinase-D, principal responsável pelo loxoscelismo, condição clinica produzida por venenos provenientes de aranhas do gênero Loxosceles sp. O objetivo deste trabalho foi o estudo comparativo, filogenético e da expressão da seqüência codificante referente ao clone H09. A transcrição do mRNA correspondente ao clone H09 foi confirmada por meio de Northern Blot e RT-PCR havendo hibridização e amplificação somente para transcritos da glândula da seda de Nephilengys cruentata. De acordo com a análise filogenética, a proteína H09 apresentou um nível de similaridade de 29 a 35% com dez esfingomielinases descritas em Loxosceles sp. Utilizando análise tridimencional comparativa com o mesmo grupo de esfingomielinases e algumas defensinas do banco de dados Swiss-Prot, foi feita a predição da função da proteína H09, que se posicionou entre ambos os grupos indicando uma possível função de defesa. Para obtenção de grande quantidade de proteína H09, a seqüência codificante foi clonada no vetor de expressão pET21a e utilizadas três cepas de E. coli, Origami, PLYSs, que é própria para expressão de gene tóxicos e PRIL que possui copias adicionais de codons raros em E. coli. Estas linhagens foram transformadas na tentativa de expressar a proteína recombinante. Diversos parâmetros como tempo de indução, concentração de IPTG, temperatura de incubação, rotação e meio de cultura foram também testados na otimização do protocolo de expressão. Em nenhuma das condições avaliadas foi detectada a produção de H09 por meio de Western Blot. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The possibility to produce spider silk proteins in large scale and desirable function utilizing heterologous expression systems, will allow its application in different areas of medicine such as microfilaments for neurosurgeries. On these perspectives, a cDNA library from silk glands of Nephylengys cruentata was generated and have allowed the identification of silk-protein-encoding the structural sequences and novel genes still not described. The prediction of the primary structure codifying the clone H09, denominated protein H09, have presented identity with a sphingomyelinase-D, responsible for the disease called Loxocelism, a clinical condition produced by the venom derived from spider of the genus Loxoceles sp. The aim of this work was the comparative phylogenetic study and expression of the codifying sequence of the clone H09. To confirm the transcription of the mRNA related to the H09 clone, a northern blot and a RT-PCR were conducted comparing the silk glands transcripts from the N. cruentata venom. The results have shown that there was hybridization and amplification only in the first one. The phylogenetic analysis of the protein H09 have shown high similarity related with ten sphingomyelinase previously described. The function prediction of the clone H09 was conducted through a tri-dimensional comparative analysis with the same sphingomyelinase group and a few defensins. The results have shown an intermediate position of the clone H09 related to the other proteins. To obtain a large quantity of the protein H09, the codifying sequence was cloned in the vector pET21 and the three strains of E. coli were transformed in order to express the recombinant protein. Several parameters were evaluated such as induction, concentration of IPTG, temperature, shaker speed and culture medium in order to optimize the expression protocol. Among the utilized strains, PLISs is appropriated to express toxic proteins and PRIL carries additional copies of rare codon in E. coli. Among all the evaluated conditions there was no detection of the H09 protein utilizing “Western blot”.

A esquistossomose representa um grande problema de saúde pública em regiões tropicais, negligenciado pelas empresas farmacêuticas. Três genes foram selecionados a partir do transcriptoma do S. mansoni para serem caracterizados molecularmente e testados como vacinas. O gene da Carboxipeptidase apresentou altos níveis de transcrição no estágio de cercária e uma variável expressão protéica nos estágios intra-hospedeiros. A proteína recombinante renaturada apresentou baixa atividade. O gene da Esfingomielinase apresentou alto nível transcricional em ovos, sendo expresso em todos os estágios exceto em esquistossômulos de 7 dias e fêmeas. O gene da Fosfatase Alcalina apresentou elevada transcrição em cercária, mas a expressão da proteína se eleva somente no estágio de esquistossômulo. A imunização de camundongos com cada uma das três proteínas recombinantes expressas em E. coli não levou à redução da carga parasitária após desafio. Estes resultados demonstram que diversas características de um antígeno são necessárias para que este seja um bom candidato vacinal. / Schistosomiasis is a major public health problem in tropical areas and neglected by most of the pharmaceutical companies. Three genes were selected from S. mansoni transcriptome to be molecularly characterized and tested as vaccines. The Carboxypeptidase gene showed high transcription levels in cercariae stage and a variable protein expression in intra-host stages. The refolded recombinant protein showed limited activity. The Sphingomyelinase gene showed the highest level of transcriptional activity in the egg stage and the protein is expressed in all stages but 7-day old schistosomula and females. The Alkaline Phosphatase gene showed a high transcriptional activity in cercariae stage with most of the mRNA being translated into protein as soon as it penetrates its definitive host. Immunization of mice with each of the three proteins did not show reduction in worm burden recovery after challenge. These results demonstrate that several characteristics of an antigen are important for it to be considered a good vaccine candidate.

O veneno de aranhas Loxosceles consiste em uma mistura de proteínas com atividade enzimática ou tóxica, incluindo as esfingomielinases D (SMases D), consideradas como os principais componentes tóxicos do veneno, responsáveis pelo estabelecimento dos efeitos locais e sistêmicos. O presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial inibitório de moléculas selecionadas por docking molecular sobre as propriedades tóxicas das SMases D. Os dados obtidos mostram que as moléculas selecionadas foram capazes de inibir a atividade hidrolítica da toxina, o mecanismo de hemólise dependente de complemento e eficazes no controle da progressão das lesões dermonecróticas em coelhos. Estes resultados indicam que inibidores específicos para as SMases D são capazes de controlar as reações locais e sistêmicas induzidas pelo veneno de Loxosceles. Estas são ferramentas promissoras para estudos de estrutura/função e para o desenvolvimento de novas intervenções terapêuticas para o loxoscelismo. / Loxosceles spider venom is a mixture of proteins with enzymatic or toxic activity, including sphingomyelinases D (SMases D), considered as the main toxic components of the venom responsible for the establishment of local and systemic effects. This study aimed to evaluate the inhibitory potential of molecules selected by molecular docking on the toxic properties of SMases D. The results demonstrated that selected molecules were able to inhibit the hydrolytic activity of the toxin, the mechanism of complement-dependent hemolysis and effective in reducing the progression of the dermonecrotic lesion in rabbits. These results indicate that specific inhibitors for SMases D are capable of controlling local and systemic reactions induced by Loxosceles venom. These are promising tools for function/structure studies and for developing new therapeutic interventions for the loxoscelism.

A esquistossomose representa um grande problema de saúde pública em regiões tropicais, negligenciado pelas empresas farmacêuticas. Três genes foram selecionados a partir do transcriptoma do S. mansoni para serem caracterizados molecularmente e testados como vacinas. O gene da Carboxipeptidase apresentou altos níveis de transcrição no estágio de cercária e uma variável expressão protéica nos estágios intra-hospedeiros. A proteína recombinante renaturada apresentou baixa atividade. O gene da Esfingomielinase apresentou alto nível transcricional em ovos, sendo expresso em todos os estágios exceto em esquistossômulos de 7 dias e fêmeas. O gene da Fosfatase Alcalina apresentou elevada transcrição em cercária, mas a expressão da proteína se eleva somente no estágio de esquistossômulo. A imunização de camundongos com cada uma das três proteínas recombinantes expressas em E. coli não levou à redução da carga parasitária após desafio. Estes resultados demonstram que diversas características de um antígeno são necessárias para que este seja um bom candidato vacinal. / Schistosomiasis is a major public health problem in tropical areas and neglected by most of the pharmaceutical companies. Three genes were selected from S. mansoni transcriptome to be molecularly characterized and tested as vaccines. The Carboxypeptidase gene showed high transcription levels in cercariae stage and a variable protein expression in intra-host stages. The refolded recombinant protein showed limited activity. The Sphingomyelinase gene showed the highest level of transcriptional activity in the egg stage and the protein is expressed in all stages but 7-day old schistosomula and females. The Alkaline Phosphatase gene showed a high transcriptional activity in cercariae stage with most of the mRNA being translated into protein as soon as it penetrates its definitive host. Immunization of mice with each of the three proteins did not show reduction in worm burden recovery after challenge. These results demonstrate that several characteristics of an antigen are important for it to be considered a good vaccine candidate.

O veneno de aranhas Loxosceles consiste em uma mistura de proteínas com atividade enzimática ou tóxica, incluindo as esfingomielinases D (SMases D), consideradas como os principais componentes tóxicos do veneno, responsáveis pelo estabelecimento dos efeitos locais e sistêmicos. O presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial inibitório de moléculas selecionadas por docking molecular sobre as propriedades tóxicas das SMases D. Os dados obtidos mostram que as moléculas selecionadas foram capazes de inibir a atividade hidrolítica da toxina, o mecanismo de hemólise dependente de complemento e eficazes no controle da progressão das lesões dermonecróticas em coelhos. Estes resultados indicam que inibidores específicos para as SMases D são capazes de controlar as reações locais e sistêmicas induzidas pelo veneno de Loxosceles. Estas são ferramentas promissoras para estudos de estrutura/função e para o desenvolvimento de novas intervenções terapêuticas para o loxoscelismo. / Loxosceles spider venom is a mixture of proteins with enzymatic or toxic activity, including sphingomyelinases D (SMases D), considered as the main toxic components of the venom responsible for the establishment of local and systemic effects. This study aimed to evaluate the inhibitory potential of molecules selected by molecular docking on the toxic properties of SMases D. The results demonstrated that selected molecules were able to inhibit the hydrolytic activity of the toxin, the mechanism of complement-dependent hemolysis and effective in reducing the progression of the dermonecrotic lesion in rabbits. These results indicate that specific inhibitors for SMases D are capable of controlling local and systemic reactions induced by Loxosceles venom. These are promising tools for function/structure studies and for developing new therapeutic interventions for the loxoscelism.