XIMENES, Rafael Matos. Atividade antifosfolipásica A2 da harpalicina 2, uma isoflavona isolada de Harpalyce brasiliana Benth. 2012. 134 f. Tese (Doutorado em Farmacologia) - Universidade Federal do Ceará. Faculdade de Medicina, Fortaleza, 2012. / Submitted by denise santos (denise.santos@ufc.br) on 2012-11-01T16:05:00Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_rmximenes.pdf: 9464714 bytes, checksum: 632af3000b738b21812fb429acae9a20 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Fernandes(erikaleitefernandes@gmail.com) on 2012-11-06T13:54:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_rmximenes.pdf: 9464714 bytes, checksum: 632af3000b738b21812fb429acae9a20 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-11-06T13:54:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_rmximenes.pdf: 9464714 bytes, checksum: 632af3000b738b21812fb429acae9a20 (MD5) Previous issue date: 2012 / Secretory phospholipases A2 (sPLA2, EC 3.1.1.4) hydrolyses the sn-2 ester bond of phospholipids, releasing fatty acids and lysophospholipids. The expression of these enzymes is found to be elevated in many pathological conditions, such as rheumatoid arthritis, sepsis, atherosclerosis, and cancer. Moreover, sPLA2s are the main toxic components of some snake venoms, being the mainly responsible for the local tissue damage. Harpalycin 2 is an isoflavona isolated from the leaves of Harpalyce brasiliana Benth., a snakeroot used in folk medicine to treat snake bites and inflammation in Northeast of Brazil. The aim of this study was evaluate the effect of harpalycin 2 in the enzymatic, edematogenic, and myotoxic activities of sPLA2s isolated from Bothrops pirajai (PrTX-III), Crotalus durissus terrificus (Cdt F15), Apis mellifera (Apis), and Naja naja (Naja) venoms. Futher, the effect on the platelet aggregation induced by PrTX-III as a result of the treatment with harpalycin 2 was also evaluated. Harpalycin 2 inhibited all sPLA2s tested, with inhibition percentages of 58.7, 78.8, 87.7, and 88.1 % for PrTX-III, Cdt F15, Apis, and Naja, respectively. The early phase of the edema induced by sPLA2s administration was also inhibited by harpalycin 2, as well as the myotoxicity. When assayed specifically with the PrTX-III, in comparison with two standard sPLA2 inhibitor, aristolochic acid (Aris Ac) and p-bromophenacyl bromide (p-BPB), the IC50 of harpalycin 2 on the enzymatic activity was 11.34 ± 0.28 μg/mL. Conformational changes as a slightly unfolding and the transition from the dimeric to the monomeric form were also observed after treatment with the harpalycin 2, with no changes in the molecular mass of the protein. In the platelet aggregation assays, the harpalycin 2 incubated with the PrTX-III inhibited the aggregation when compared to the untreated protein. The inhibitory effect of Aris Ac and p-BPB were lower than that of harpalycin 2, which also inhibited the aggregation induced by arachidonic acid. The docking results, using the crystallographic structures of the sPLA2s taken from the Protein Data Bank, showed a trend between the GOLD scores and the percentages of catalytic activity and platelet aggregation inhibition, showing the formation of hydrogen bonds between harpalycin 2 and important residues in the active site of the sPLA2s, as His48. In conclusion, these results showed the inhibitory effect of harpalycin 2 on the enzymatic and toxic activities of sPLA2s, corroborating, at least in part, the use of H. brasiliana in folk medicine. / As fosfolipases A2 secretórias (sPLA2, EC 3.1.1.4) hidrolisam a ligação éster sn-2 dos fosfolipídios, liberando ácidos graxos e lisofosfolipídios. A expressão destas enzimas esta elevada em diversas condições patológicas como, artrite reumatóide, sepse, aterosclerose e câncer. Além disto, as sPLA2s são os principais componentes tóxicos dos venenos de algumas serpentes, sendo os principais responsáveis pelo dano tecidual local. A harpalicina 2 é uma isoflavona isolada das folhas de Harpalyce brasiliana Benth., uma raiz-de-cobra utilizada na medicina popular do Nordeste para tratar envenenamentos por serpentes e condições inflamatórias. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da harpalicina 2 nas atividades enzimática, edematogênica e miotóxica de sPLA2s isoladas dos venenos de Bothrops pirajai (PrTX-III), Crotalus durissus terrificus (Cdt F15), Apis mellifera (Apis) e Naja naja (Naja). Além disso, o efeito sobre agregação plaquetária induzida pela piratoxina-III (PrTX-III) em decorrência do tratamento com a harpalicina 2 também foi avaliado. A harpalicina 2 inibiu todas as sPLA2s testadas, com percentuais de inibição de 58,7, 78,8, 87,7 e 88,1 % para PrTX-III, Cdt F15, Apis e Naja, respectivamente. A primeira fase da atividade edematogênica induzida pela administração das sPLA2s também foi inibida pela harpalicina 2, assim como a miotoxicidade. Quando avaliada especificamente sobre a PrTX-III, em comparação com os inibidores padrão, ácido aristolóchico (Aris Ac) e brometo de p-bromofenacila (p-BPB), a IC50 da harpalicina 2 sobre a atividade enzimática foi de 11,34 ± 0,28 μg/mL. Alterações conformacionais como um leve desenovelamento e a transição da forma dimérica para monomérica também foram observadas após o tratamento com a harpalicina 2, sem contudo alterar a massa da proteína. Nos experimentos de agregação plaquetária, a harpalicina 2 incubada previamente com a PrTX-III inibiu a agregação quando comparada a proteína não tratada. O efeito inibitório do ácido aristolóchico e do p-BPB foram menores do que os da harpalicina 2, que também inibiu a agregação induzida pelo ácido araquidônico. Os resultados de docking, obtidos utilizando as estruturas cristalográficas das sPLA2s oriundas do Protein Data Bank, revelaram uma tendência entre os valores dos GOLD scores e os percentuais de inibição da atividade enzimática e de agregação plaquetária, apontando a formação de ligações de hidrogênio entre a harpalicina 2 e resíduos importantes do sítio ativo das sPLA2s, como a histidina-48. Em conclusão, estes resultados mostraram o efeito inibitório da harpalicina 2 sobre as atividades enzimáticas e tóxicas das sPLA2s, corroborando, em parte, o uso da H. brasiliana na medicina popular.

Orientador: Marcos Roberto de Mattos Fontes / Resumo: Envenenamento por serpentes é um importante problema de saúde pública em vários países tropicais e subtropicais, pois além da mortalidade, pode resultar em sequelas permanentes como consequência de danos locais, representando assim um grande desafio à terapia utilizando antivenenos. As proteínas fosfolipases A2 (PLA2s) e fosfolipases A2 homólogas de venenos têm um papel fundamental na complexa patogênese da necrose do músculo esquelético e seus mecanismos de ação são apenas parcialmente entendidos. Por isso, a busca por inibidores e da completa descrição do mecanismo de ação das PLA2s e PLA2s homólogas representam assuntos amplamente abordados no campo acadêmico-científico. Para o melhor entendimento desses mecanismos e a busca por novas moléculas inibidoras, o entendimento dos processos de reconhecimento molecular de pequenos ligantes e macromoléculas biológicas é fundamental e requer a completa caracterização da energética de ligação desses agentes e da correlação entre os dados termodinâmicos e cinéticos com as estruturas moleculares envolvidas na ligação. Para tanto, a calorimetria de titulação isotérmica (ITC) é a metodologia mais utilizada com este fim. Nesse trabalho, nossos objetivos foram: i) determinar os parâmetros termodinâmicos de moléculas candidatas a inibidores da atividade miotóxica de PLA2s homólogas: bothropstoxina-I (BthTX-I) e moojenitoxina I (MjTX-I) e II (MjTX-II), purificadas do veneno de serpentes do gênero Bothrops e (ii) caracterizar a interação ent... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Fosfolipases A2 constituem uma família de enzimas interfaciais que catalisam a hidrólise de fosfolipídios de membrana na posição sn-2. Nas fosfolipases cataliticamente ativas (FLA2 D49), o resíduo Asp49 possui um importante papel na coordenação do íon cálcio divalente que auxilia na estabilização do intermediário tetraédrico. Nesse trabalho, foram realizadas simulações por dinâmica molecular (DM) de uma fosfolipase secretada de veneno de Agkistrodon halys pallas utilizando como solventes: água, metanol e octanol. Devido à baixa afinidade do íon cálcio em ambientes aquosos, diferentes forças de restrição foram aplicadas nesse íon e mediu-se o comportamento desse, através da variação da sua distância em relação ao resíduo Asp49. Todas as simulações foram realizadas por um período de tempo de 5 ns, somando um total de 45 ns de simulação, utilizando o pacote GROMACS implementado com o campo de força GROMOS96 43a2. Os resultados mostraram uma série de mudanças conformacionais importantes na fosfolipase durante a sua aproximação à superfície da membrana, como o aumento da área acessível ao solvente e a reorientação de cadeias laterais de resíduos com importância catalítica. Os dados obtidos com as simulações foram utilizados para propor um modelo interfacial de ativação para FLA2sv. Desta forma, os principais eventos associados com a ativação de FLA2sv envolvem: a) a reorganização da alça de coordenação de cálcio na proximidade da membrana, seguida pela captura do íon Ca2+; b) a reorientação da cadeia lateral de Trp31, que irá definir um novo sítio de especificidade para a cadeia fosfolipídica; c) a redução da distância entre os resíduos His48 e Asp49, para aumentar a nucleofilicidade da His48; d) a reorientação da cadeia lateral do resíduo Lys69 concomitante com a projeção da alça-69 para o solvente, resultando no aumento da acessibilidade ao sítio ativo. Assim, esses resultados, em adição ao conhecimento bioquímico e a dados cristalográficos, abrem acesso a uma compreensão mais detalhada dos mecanismos moleculares associados com a ação de fosfolipases A2. / Phospholipases A2 (PLA2) are interfacial active enzymes that catalyze hydrolysis at the sn-2 position of membrane phospholipids. In the catalytic active PLA2 (D49 PLA2), the Asp49 residue plays a key role in the coordination of the calcium ion that assists in the stabilization of the transition state intermediary. Despite the catalytic importance of Ca2+, it has low affinity for the sPLA2 active site. Molecular dynamics simulations of a D49 svPLA2 from Agkistrodon halys pallas were performed in aqueous environment, methanol and octanol. Because of the svPLA2 low affinity for the calcium ion in aqueous systems, different restrain forces were applied on Ca2 + and evaluated with respect to ion coordination with key residues. All simulations were performed for a time period of 5 ns using the GROMACS package with GROMOS96 43a2 force field. The results have showed a series of important conformation changes of sPLA2v during its approaches to membrane surface, as the increase of the solvent accessible surface area and the reorientation of side chains of residues of catalytic importance. Analyses of the simulations data were utilized to propose an interfacial activation model for svPLA2. According, the principal events associated with svPLA2 activation involve: a) the reorganization of calcium binding loop at membrane proximity followed by the Ca2+ up take; b) side chain reorientation of Trp31, which will define a new specificity pocket for the phospholipid chain; c) reduction of the distance between His48 and Asp49, in order to increase the nucleophilicity of His48; d) side chain reorientation of Lys69 concomitant with the projection of the 69-loop to solvent resulting in an increase of the active site accessibility. These results, in addition with biochemical and crystallographic data knowledge, open access to a more detailed understanding for the molecular mechanism associated with the interfacial activation of phospholipases A2.

A superfamília das fosfolipases A2 (FLA2) é composta por proteínas dotadas de propriedades diferenciadas que as tornam capazes de apresentar distintas atividades biológicas, além de sua atividade catalítica. Esta diversidade funcional é intrigante devido à alta similaridade de seqüência primária e de estrutura entre essas proteínas. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para a predição de atividades biológicas específicas em FLA2 de peçonha de serpentes a partir da análise de seqüências primárias. A metodologia desenvolvida compreende: a) seleção de seqüências anotadas quanto à função ou atividade biológica que desempenham; b) detecção e validação estatística de motivos de seqüência relacionados à atividade estudada; e c) construção de Modelos Ocultos de Markov (MOMs) representando cada motivo. MOM consiste em uma modelagem estatística que tem sido aplicada com sucesso em diversas áreas onde se faz necessária a detecção e representação de padrões de informação; por sua base matemática robusta e formal, pode ser utilizada na automação deste tipo de processo. A metodologia foi testada para duas atividades de FLA2 de peçonha de serpente: neurotoxicidade e miotoxicidade. Para as FLA2 neurotóxicas, foram detectados seis motivos conservados, dos quais três foram validados estatisticamente como sendo adequados na discriminação de seqüências neurotóxicas de não neurotóxicas. Para as FLA2 miotóxicas, foram detectados seis motivos conservados, dos quais quatro foram validados. Os MOMs dos motivos validados podem ser usados na predição de atividade neurotóxica e miotóxica. As relações entre seqüência, estrutura, função e evolução das FLA2s são discutidas. Os dados obtidos foram coerentes com a hipótese apresentada por Kini (2003), da existência de diferentes sítios farmacológicos na superfície das FLA2, interagindo independente ou cooperativamente com diferentes receptores, para gerar as diversas funções biológicas observadas. Por não haver, até o momento, qualquer ferramenta automatizada para a predição de função biológica de FLA2, os resultados deste trabalho foram a base para a construção de uma ferramenta (disponível em www.cbiot.ufrgs.br/bioinfo/phospholipase) para a identificação de miotoxicidade e neurotoxicidade em FLA2.

Fosfolipases A2 constituem uma família de enzimas interfaciais que catalisam a hidrólise de fosfolipídios de membrana na posição sn-2. Nas fosfolipases cataliticamente ativas (FLA2 D49), o resíduo Asp49 possui um importante papel na coordenação do íon cálcio divalente que auxilia na estabilização do intermediário tetraédrico. Nesse trabalho, foram realizadas simulações por dinâmica molecular (DM) de uma fosfolipase secretada de veneno de Agkistrodon halys pallas utilizando como solventes: água, metanol e octanol. Devido à baixa afinidade do íon cálcio em ambientes aquosos, diferentes forças de restrição foram aplicadas nesse íon e mediu-se o comportamento desse, através da variação da sua distância em relação ao resíduo Asp49. Todas as simulações foram realizadas por um período de tempo de 5 ns, somando um total de 45 ns de simulação, utilizando o pacote GROMACS implementado com o campo de força GROMOS96 43a2. Os resultados mostraram uma série de mudanças conformacionais importantes na fosfolipase durante a sua aproximação à superfície da membrana, como o aumento da área acessível ao solvente e a reorientação de cadeias laterais de resíduos com importância catalítica. Os dados obtidos com as simulações foram utilizados para propor um modelo interfacial de ativação para FLA2sv. Desta forma, os principais eventos associados com a ativação de FLA2sv envolvem: a) a reorganização da alça de coordenação de cálcio na proximidade da membrana, seguida pela captura do íon Ca2+; b) a reorientação da cadeia lateral de Trp31, que irá definir um novo sítio de especificidade para a cadeia fosfolipídica; c) a redução da distância entre os resíduos His48 e Asp49, para aumentar a nucleofilicidade da His48; d) a reorientação da cadeia lateral do resíduo Lys69 concomitante com a projeção da alça-69 para o solvente, resultando no aumento da acessibilidade ao sítio ativo. Assim, esses resultados, em adição ao conhecimento bioquímico e a dados cristalográficos, abrem acesso a uma compreensão mais detalhada dos mecanismos moleculares associados com a ação de fosfolipases A2. / Phospholipases A2 (PLA2) are interfacial active enzymes that catalyze hydrolysis at the sn-2 position of membrane phospholipids. In the catalytic active PLA2 (D49 PLA2), the Asp49 residue plays a key role in the coordination of the calcium ion that assists in the stabilization of the transition state intermediary. Despite the catalytic importance of Ca2+, it has low affinity for the sPLA2 active site. Molecular dynamics simulations of a D49 svPLA2 from Agkistrodon halys pallas were performed in aqueous environment, methanol and octanol. Because of the svPLA2 low affinity for the calcium ion in aqueous systems, different restrain forces were applied on Ca2 + and evaluated with respect to ion coordination with key residues. All simulations were performed for a time period of 5 ns using the GROMACS package with GROMOS96 43a2 force field. The results have showed a series of important conformation changes of sPLA2v during its approaches to membrane surface, as the increase of the solvent accessible surface area and the reorientation of side chains of residues of catalytic importance. Analyses of the simulations data were utilized to propose an interfacial activation model for svPLA2. According, the principal events associated with svPLA2 activation involve: a) the reorganization of calcium binding loop at membrane proximity followed by the Ca2+ up take; b) side chain reorientation of Trp31, which will define a new specificity pocket for the phospholipid chain; c) reduction of the distance between His48 and Asp49, in order to increase the nucleophilicity of His48; d) side chain reorientation of Lys69 concomitant with the projection of the 69-loop to solvent resulting in an increase of the active site accessibility. These results, in addition with biochemical and crystallographic data knowledge, open access to a more detailed understanding for the molecular mechanism associated with the interfacial activation of phospholipases A2.

A superfamília das fosfolipases A2 (FLA2) é composta por proteínas dotadas de propriedades diferenciadas que as tornam capazes de apresentar distintas atividades biológicas, além de sua atividade catalítica. Esta diversidade funcional é intrigante devido à alta similaridade de seqüência primária e de estrutura entre essas proteínas. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para a predição de atividades biológicas específicas em FLA2 de peçonha de serpentes a partir da análise de seqüências primárias. A metodologia desenvolvida compreende: a) seleção de seqüências anotadas quanto à função ou atividade biológica que desempenham; b) detecção e validação estatística de motivos de seqüência relacionados à atividade estudada; e c) construção de Modelos Ocultos de Markov (MOMs) representando cada motivo. MOM consiste em uma modelagem estatística que tem sido aplicada com sucesso em diversas áreas onde se faz necessária a detecção e representação de padrões de informação; por sua base matemática robusta e formal, pode ser utilizada na automação deste tipo de processo. A metodologia foi testada para duas atividades de FLA2 de peçonha de serpente: neurotoxicidade e miotoxicidade. Para as FLA2 neurotóxicas, foram detectados seis motivos conservados, dos quais três foram validados estatisticamente como sendo adequados na discriminação de seqüências neurotóxicas de não neurotóxicas. Para as FLA2 miotóxicas, foram detectados seis motivos conservados, dos quais quatro foram validados. Os MOMs dos motivos validados podem ser usados na predição de atividade neurotóxica e miotóxica. As relações entre seqüência, estrutura, função e evolução das FLA2s são discutidas. Os dados obtidos foram coerentes com a hipótese apresentada por Kini (2003), da existência de diferentes sítios farmacológicos na superfície das FLA2, interagindo independente ou cooperativamente com diferentes receptores, para gerar as diversas funções biológicas observadas. Por não haver, até o momento, qualquer ferramenta automatizada para a predição de função biológica de FLA2, os resultados deste trabalho foram a base para a construção de uma ferramenta (disponível em www.cbiot.ufrgs.br/bioinfo/phospholipase) para a identificação de miotoxicidade e neurotoxicidade em FLA2.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2015. / Submitted by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-11-11T14:31:12Z No. of bitstreams: 1 2015_JessicaKeleArrudaMacedo.pdf: 7042853 bytes, checksum: 2fd7157750744a04a33aedad26b23527 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2016-01-25T13:53:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_JessicaKeleArrudaMacedo.pdf: 7042853 bytes, checksum: 2fd7157750744a04a33aedad26b23527 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T13:53:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_JessicaKeleArrudaMacedo.pdf: 7042853 bytes, checksum: 2fd7157750744a04a33aedad26b23527 (MD5) / Introdução: A emergência contra a resistência de células tumorais às drogas quimioterápicas disponíveis no mercado faz com que o desenvolvimento de novos agentes seja de grande importância. As toxinas isoladas de venenos animais, incluindo serpentes, têm disso sujeitos de numerosos estudos devido ao seu potencial biotecnológico e aplicações médicas. Objetivos: Foram investigados os efeitos provocados pelo tratamento de diversas linhagens celulares com a peçonha bruta de B. marmoratus, bem como os efeitos de uma PLA2 cataliticamente inativa isolada (BmPLA2) sobre células HeLa. Métodos: A abordagem experimental para análise da peçonha bruta incluiu principalmente detecção da viabilidade celular e caracterização do tipo de morte celular por citometria de fluxo. Para análise das alterações transcriptômicas provocadas pelo tratamento com BmPLA2 por 2 h, 12 h ou 24 h RNA extraído foi analisado por microarranjo utilizando Affymetrix GeneChip® Human Gene 2.0 ST. As alterações proteômicas também foram analisadas por meio da descomplexação do lisado protéico utilizando SDS-PAGE, seguida por analise por LC / MS / MS.Resultados: A análise dos resultados permitiu a verificação de morte celular apoptótica causada pela peçonha bruta com IC50 de 5 µg/mL para HeLa, 2,5 µg/mL para B16F10 e 2,2 µg/mL para NIH/3T3. Por outro lado, o IC50 determinado para BmPLA2 foi de 8,7 µM. Os dados de transcriptômica e proteômica juntos, demonstraram as mudanças típicas associadas à apoptose bem como associadas a outras vias importantes como MAPK, adesão focal e autofagia, produzindo insights sobre os mecanismos que levam à morte celular. Conclusões: BmPLA2 induz morte de células tumorais via apoptose, mas pode por outro lado ativar mecanismos relacionados à resistência e sobrevida, sendo portanto necessário a confirmação dessas vias, bem como uma análise mais detalhada e a longo prazo para determinação efetiva do seu efeito. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Introduction: The emergence against tumor cell resistance to chemotherapy drugs available in the market makes the development of new agents of great importance. The toxins isolated from animals including snake venoms have been subject of numerous studies due to their potential on biotechnological and medical applications. Objectives: The effects caused by treatment of different cell lines with crude venom of B. marmoratus, as well as the effect of a catalytically inactive PLA2 isolated (BmPLA2) were investigated on HeLa cells. Methods: The experimental approach for analysis of crude venom included mainly detection of cell viability and characterization of cell death by flow cytometry. For analysis of transcriptomic changes caused by treatment with BmPLA2 for 2 h, 12 h and 24 h, extracted RNA was analyzed by microarray using Affymetrix GeneChip® Human Gene 2.0 ST. The proteomic alterations were also analyzed by decomplexation of protein lysate using SDS-PAGE followed by analysis by LC / MS / MS. Results: The results allowed the verification of apoptotic cell death caused by crude venom with IC50 of 5µg / ml to HeLa, 2.5 µg / ml for B16F10 and 2.2 µg / ml for NIH / 3T3. On the other hand, the IC50 for BmPLA2 was 8.7 µM. The transcriptomic and proteomic data together, showed typical changes associated with apoptosis and associated with other pathways such as MAPK, focal adhesion and autophagy, yielding insights into the mechanisms that lead to cell death. Conclusions: BmPLA2 induces tumor cell death via apoptosis but can on the other hand, elicit mechanisms related to the resilience and survival. It is still necessary to confirm these pathways, as well as perform some additional detailed analysis and long-term effective to determine their effect.

Submitted by Thiago Revers Dreyer null (thiagodreyer@ibb.unesp.br) on 2017-04-04T11:18:09Z No. of bitstreams: 1 TRD_BGA_2017.pdf: 7791379 bytes, checksum: 154e659667a667384ebe6ba28bf8319e (MD5) / Rejected by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo a orientação abaixo: Incluir o número do processo de financiamento nos agradecimentos da dissertação/tese. Corrija esta informação e realize uma nova submissão com o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2017-04-12T16:35:48Z (GMT) / Submitted by Thiago Revers Dreyer null (thiagodreyer@ibb.unesp.br) on 2017-04-12T17:09:46Z No. of bitstreams: 1 TRD_BGA_2017_2.pdf: 20492814 bytes, checksum: 4a99fda2f26876a945d368c7191f1ae5 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-12T17:22:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dreyer_tr_dr_bot.pdf: 20492814 bytes, checksum: 4a99fda2f26876a945d368c7191f1ae5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T17:22:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dreyer_tr_dr_bot.pdf: 20492814 bytes, checksum: 4a99fda2f26876a945d368c7191f1ae5 (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Envenenamento por serpentes é um importante problema de saúde pública em vários países tropicais e subtropicais, pois além da mortalidade, pode resultar em sequelas permanentes como consequência de danos locais, representando assim um grande desafio à terapia utilizando antivenenos. As proteínas fosfolipases A2 (PLA2s) e fosfolipases A2 homólogas de venenos têm um papel fundamental na complexa patogênese da necrose do músculo esquelético e seus mecanismos de ação são apenas parcialmente entendidos. Por isso, a busca por inibidores e da completa descrição do mecanismo de ação das PLA2s e PLA2s homólogas representam assuntos amplamente abordados no campo acadêmico-científico. Para o melhor entendimento desses mecanismos e a busca por novas moléculas inibidoras, o entendimento dos processos de reconhecimento molecular de pequenos ligantes e macromoléculas biológicas é fundamental e requer a completa caracterização da energética de ligação desses agentes e da correlação entre os dados termodinâmicos e cinéticos com as estruturas moleculares envolvidas na ligação. Para tanto, a calorimetria de titulação isotérmica (ITC) é a metodologia mais utilizada com este fim. Nesse trabalho, nossos objetivos foram: i) determinar os parâmetros termodinâmicos de moléculas candidatas a inibidores da atividade miotóxica de PLA2s homólogas: bothropstoxina-I (BthTX-I) e moojenitoxina I (MjTX-I) e II (MjTX-II), purificadas do veneno de serpentes do gênero Bothrops e (ii) caracterizar a interação entre as componentes ácida (CA) e básica (CB) da crotoxina, obtida do veneno da serpente Crotallus durissus terrificus. As serpentes dos gêneros Bothrops e Crotalus são as principais responsáveis por acidentes ofídicos na América Latina e estas proteínas apresentam alta proporção do volume nestes venenos. Foi verificado por ITC que o ácido chicórico, composto vegetal atualmente extraído de várias plantas, que bloqueou a atividade miotóxica in vitro, se liga ao dímero de BthTX-I na proporção estequiométrica de 1:1 com média afinidade de ligação ( = 8.47±1.26 μM). Foi verificado ainda que o processo de ligação é entálpica e entropicamente favoráveis ( 3,97±0,14 kcal/mol, 2,83 kcal/mol). Entretanto para apresentar energia livre semelhante à já apresentadas para outros inibidores virais ainda seria necessário diminuir a energia de ligação na ordem de -10 kcal/mol. Em relação às interações dos íons Zn2+ com a BthTX-I, a titulação se apresentou predominantemente exotérmica e a isoterma de ligação foi melhor ajustada considerando-se 3 eventos de ligação (F-test, p<0.05), sendo que os íons Zn2+ tem baixa afinidade pela proteína ( = 83,3±25,4, 62,1±25,1 e 300,0±104,3 μM). Em função da baixa afinidade, o íon não se apresenta como um bom inibidor, mas tem sua importância na explicação dos mecanismos estruturais da BthTX-I. A suramina, quando titulada à MjTX-I e MjTX-II, apresentou afinidade de ligação moderada-alta ( =0,56±0,23 e 0,6±0,1 μM, respectivamente) e complexos termogramas, em ambos casos, com grandes variações entálpicas, com processos endo e exotérmico ocorrendo durante a titulação. Em ambos os casos foi sugerido que esse comportamento demonstra processos de oligomerização com formação de dímeros e tetrâmeros, nos casos da MjTX-I e MjTX-II respectivamente. Nos experimentos calorimétricos realizados com os componentes da crotoxina, CA e CB, foi sugerido pelo termograma e isotermas obtidos que a CA é capaz de dissociar o tetrâmero formado por CB para formar a crotoxina. Ambos os eventos apresentaram afinidades de dissociação do tetrâmero e complexação da CA/CB da ordem de submicrmolar enquanto o primeiro evento é entropicamente guiado enquanto o segundo é entalpicamente guiado. / Envenomation by snakebites is an important public health problem in many tropical and subtropical countries that, in addition to mortality, can result in permanent sequelae as a consequence of local damage, which represents a major challenge to antivenom therapy. Venom phospholipases A2 (PLA2s) and PLA2s-like proteins play an important role in the complex pathogeneis of skeletal muscle necrosis and their precise mechanism of action is only partially understood. Therefore, the search for inhibitors and the complete description of the mechanism of action of the PLA2s and PLA2s-like represent a wide covered issues in the academic and scientific fields. For a better understanding of these mechanisms and the search for new inhibitory molecules, the understanding of the molecular recognition processes of small ligands and biological macromolecules is fundamental and requires the complete characterization of the binding energy of these agents and of the correlation between thermodynamic and molecular structures involved in the binding. For this purpose, isothermal titration calorimetry (ITC) is the most used methodology. In this work, our objectives were: (i) to determine the thermodynamic parameters of molecules candidates for inhibitors of myotoxic activity of PLA2s-like proteins: bothropstoxin-I (BthTX-I) and moojenitoxin-I (MjTX-I) and II (MjTX-II), purified from snake venoms of the bothropic genus and (ii) characterize the thermodynamics of the interaction between the acidic (CA) and basic (CB) components of the crotoxin, purified from the venom of Crotallus durissus terrificus. Snakes of the genera Bothrops and Crotalus are the main responsible for ophidian accidents in Latin America and these proteins have a high proportion of the volume of these venoms. It was verified by ITC that chicoric acid, a vegetal compound extracted from several plants that blocks myotoxic acitivity of BthTX-I in vitro, binds to BthTX-I dimer at the stoichiometric ratio of 1:1 with medium binding affinity ( =8.47±1.26 μM). It was also verified that the binding process is enthalpic and entropically driven ( 3.97±0.14 kcal/mol, 2.83 kcal/mol). However, for the chicoric acid to have free energy similar to that already shown by other viral inhibitors, it would still be necessary to decrease its binding energy in the order of -10 kcal/mol. In relation to the interactions of the Zn2+ ions with BthTX-I, the titration was predominantly exothermic and the binding isotherm was better adjusted considering 3 binding events (F-test, p<0.05), with Zn2+ ions having low affinity for the protein ( = 83.3±25.4, 62.1±25.1 and 300.0±104.3 μM). Due to the low affinity, the ion does not present itself as a good inhibitor, but was important to explain the structural myotoxic mechanisms of Lys49-PLA2s. Suramine, when titrated to MjTX-I and MjTX-II, had moderate to high binding affinity ( = 0.56±0.23 and 0.6±0.1 μM, respectively) and complex thermograms in both cases, with large enthalpic variations with endo and exothermic processes occurring during the titration. In both cases, it was suggested that their behavior demonstrates oligomerization processes with formation of dimers or tetramers, in the cases of MjTX-I and MjTX-II, respectively. In the calorimetric experiments performed with the components of crotoxin, CA and CB, it was suggested by the thermogram and isotherms obtained that CA is able to dissociate the tetramer formed by CB to form the crotoxin. Both events showed dissociation affinities of the tetramer and complexation of the CA/CB in the submicromolar range, being the first event entropically driven while the second is entalpically driven. / FAPESP: 2013/24705-3 / FAPESP: 2015/17286-0

A superfamília das fosfolipases A2 (FLA2) é composta por proteínas dotadas de propriedades diferenciadas que as tornam capazes de apresentar distintas atividades biológicas, além de sua atividade catalítica. Esta diversidade funcional é intrigante devido à alta similaridade de seqüência primária e de estrutura entre essas proteínas. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para a predição de atividades biológicas específicas em FLA2 de peçonha de serpentes a partir da análise de seqüências primárias. A metodologia desenvolvida compreende: a) seleção de seqüências anotadas quanto à função ou atividade biológica que desempenham; b) detecção e validação estatística de motivos de seqüência relacionados à atividade estudada; e c) construção de Modelos Ocultos de Markov (MOMs) representando cada motivo. MOM consiste em uma modelagem estatística que tem sido aplicada com sucesso em diversas áreas onde se faz necessária a detecção e representação de padrões de informação; por sua base matemática robusta e formal, pode ser utilizada na automação deste tipo de processo. A metodologia foi testada para duas atividades de FLA2 de peçonha de serpente: neurotoxicidade e miotoxicidade. Para as FLA2 neurotóxicas, foram detectados seis motivos conservados, dos quais três foram validados estatisticamente como sendo adequados na discriminação de seqüências neurotóxicas de não neurotóxicas. Para as FLA2 miotóxicas, foram detectados seis motivos conservados, dos quais quatro foram validados. Os MOMs dos motivos validados podem ser usados na predição de atividade neurotóxica e miotóxica. As relações entre seqüência, estrutura, função e evolução das FLA2s são discutidas. Os dados obtidos foram coerentes com a hipótese apresentada por Kini (2003), da existência de diferentes sítios farmacológicos na superfície das FLA2, interagindo independente ou cooperativamente com diferentes receptores, para gerar as diversas funções biológicas observadas. Por não haver, até o momento, qualquer ferramenta automatizada para a predição de função biológica de FLA2, os resultados deste trabalho foram a base para a construção de uma ferramenta (disponível em www.cbiot.ufrgs.br/bioinfo/phospholipase) para a identificação de miotoxicidade e neurotoxicidade em FLA2.

Fosfolipases A2 constituem uma família de enzimas interfaciais que catalisam a hidrólise de fosfolipídios de membrana na posição sn-2. Nas fosfolipases cataliticamente ativas (FLA2 D49), o resíduo Asp49 possui um importante papel na coordenação do íon cálcio divalente que auxilia na estabilização do intermediário tetraédrico. Nesse trabalho, foram realizadas simulações por dinâmica molecular (DM) de uma fosfolipase secretada de veneno de Agkistrodon halys pallas utilizando como solventes: água, metanol e octanol. Devido à baixa afinidade do íon cálcio em ambientes aquosos, diferentes forças de restrição foram aplicadas nesse íon e mediu-se o comportamento desse, através da variação da sua distância em relação ao resíduo Asp49. Todas as simulações foram realizadas por um período de tempo de 5 ns, somando um total de 45 ns de simulação, utilizando o pacote GROMACS implementado com o campo de força GROMOS96 43a2. Os resultados mostraram uma série de mudanças conformacionais importantes na fosfolipase durante a sua aproximação à superfície da membrana, como o aumento da área acessível ao solvente e a reorientação de cadeias laterais de resíduos com importância catalítica. Os dados obtidos com as simulações foram utilizados para propor um modelo interfacial de ativação para FLA2sv. Desta forma, os principais eventos associados com a ativação de FLA2sv envolvem: a) a reorganização da alça de coordenação de cálcio na proximidade da membrana, seguida pela captura do íon Ca2+; b) a reorientação da cadeia lateral de Trp31, que irá definir um novo sítio de especificidade para a cadeia fosfolipídica; c) a redução da distância entre os resíduos His48 e Asp49, para aumentar a nucleofilicidade da His48; d) a reorientação da cadeia lateral do resíduo Lys69 concomitante com a projeção da alça-69 para o solvente, resultando no aumento da acessibilidade ao sítio ativo. Assim, esses resultados, em adição ao conhecimento bioquímico e a dados cristalográficos, abrem acesso a uma compreensão mais detalhada dos mecanismos moleculares associados com a ação de fosfolipases A2. / Phospholipases A2 (PLA2) are interfacial active enzymes that catalyze hydrolysis at the sn-2 position of membrane phospholipids. In the catalytic active PLA2 (D49 PLA2), the Asp49 residue plays a key role in the coordination of the calcium ion that assists in the stabilization of the transition state intermediary. Despite the catalytic importance of Ca2+, it has low affinity for the sPLA2 active site. Molecular dynamics simulations of a D49 svPLA2 from Agkistrodon halys pallas were performed in aqueous environment, methanol and octanol. Because of the svPLA2 low affinity for the calcium ion in aqueous systems, different restrain forces were applied on Ca2 + and evaluated with respect to ion coordination with key residues. All simulations were performed for a time period of 5 ns using the GROMACS package with GROMOS96 43a2 force field. The results have showed a series of important conformation changes of sPLA2v during its approaches to membrane surface, as the increase of the solvent accessible surface area and the reorientation of side chains of residues of catalytic importance. Analyses of the simulations data were utilized to propose an interfacial activation model for svPLA2. According, the principal events associated with svPLA2 activation involve: a) the reorganization of calcium binding loop at membrane proximity followed by the Ca2+ up take; b) side chain reorientation of Trp31, which will define a new specificity pocket for the phospholipid chain; c) reduction of the distance between His48 and Asp49, in order to increase the nucleophilicity of His48; d) side chain reorientation of Lys69 concomitant with the projection of the 69-loop to solvent resulting in an increase of the active site accessibility. These results, in addition with biochemical and crystallographic data knowledge, open access to a more detailed understanding for the molecular mechanism associated with the interfacial activation of phospholipases A2.