Schistosomiasis is a serious parasitic disease caused by blood flukes of the genus Schistosoma. It is a global health problem with more than 200 million people infected and 750 million people at risk. Current therapy relies on a single drug, praziquantel, for which there are concerns of emerging drug resistance. Proteases of schistosoma are promising target molecules for the development of new therapeutic strategies against schistosomiasis. This work focuses on the comprehensive characterization of proteolytic systems of Schistosoma mansoni and determination of their role in the interaction with the human host. First, the major proteolytic activities secreted by individual developmental stages of schistosoma that parasitize the human body were classified using functional proteomics. This analysis demonstrated their complex and specific distribution with predominant serine and cysteine proteases and metalloproteases. Second, tegumental and digestive proteases, namely prolyl oligopeptidase and cathepsins B, C and D, were identified by chemical genomics as suitable target molecules for therapeutic intervention. Prolyl oligopeptidase was biochemically characterized using a recombinant protein, its effective inhibitors were developed as templates for antischistosomal drugs, and a biological role of the...

Infections by human schistosomes, in particular Schistosoma mansoni, account for significant morbidity and mortality every year in tropical and sub-tropical areas. The eggs of the parasite induce pathological changes in the infected host; in chronic and heavy infections, these changes may lead to death. A well-designed anti-schistosomal vaccine, alone or in concert with existing control measures such as chemotherapy, may prove to be a safe, inexpensive and effective means of reducing the occurrence of severe disease and death in S. mansoni infection. Previous studies have demonstrated the importance of the syncytial layer containing the apical plasma membrane (APM) of S. mansoni in both the survival of the parasite in the mammalian host and as a potential source of immunogens which may be utilized as vaccine candidates. In this paper we present evidence for the protective capacity of several schistosomal antigen preparations, including a calcium binding protein of the APM, S. mansoni calpain (GenBnnk accession no. M74233). We have constructed and characterized expression of a recombinant baculovirus expressing the large subunit of S. mansoni calpain, Sm-p80. This recombinant Sm-p80 is recognized by IgA, IgM, IgG1, and IgG3 isotype antibodies found in S. mansoni-infected human sera and partially-purified recombinant Sm-p80 provided a 29-39% reduction in worm burden in immunized mice challenged with S. mansoni. Our data indicate that Sm-p80 may be a useful vaccine antigen for the reduction of the morbidity associated with S. mansoni infections of mammalian hosts.

Blood flukes of the genus Schistosoma are causative agents of the disease schistosomiasis, which affects more than 250 million people worldwide and together with malaria represents the most important parasitic infection. There is a high risk of resistance development against the only drug in use, therefore novel therapeutic approaches for schistosomiasis are intensively researched. Proteolytic enzymes of schistosomes are crucial for their survival in the host and thus are promising drug and vaccine targets. This thesis is focused on two proteases of the human blood fluke Schistosoma mansoni, which were produced as recombinant proteins and functionally characterized. The first one is serine protease SmSP2, which is localized at the surface of the adult worms and secreted into the blood of the host. It was identified as a vasodilatory and fibrinolytic agent, and its modulatory role in host-parasite interactions was proposed. The second one is cysteine cathepsin SmCL3, which is involved in the digestion of host blood proteins serving schistosomes as nutrients. Potent peptidomimetic inhibitors of SmCL3 were identified, and their antischistosomal activity was demonstrated in an assay with live parasites. The thesis provides new important information about S. mansoni proteases, their pathobiochemistry...

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ATPDases ou ATP-difosfohidrolases são enzimas que clivam o ATP e o ADP a AMP e Pi e estão envolvidos em inibição da agregação plaquetária. No parasita Schistosoma mansoni nosso grupo identificou e clonou o gene da ATPDase1, e a proteína foi localizada na superfície do tegumento. Recentemente, clonamos o gene da ATPDase2 usando a informação do banco de dados de ESTs de S. mansoni e imunolocalizamos a sua proteína também no tegumento. ATPDase2 foi encontrada em ambas as membranas do tegumento basal e apical juntamente com a ATPDase1, entretanto ATPDase2 somente foi encontrada no espaço sincicial do tegumento. A presença de ambas as enzimas sobre a superfície externa do tegumento sugere um maior papel sobre a regulação de abundância de nucleotídeos. Análise da expressão de ambos os genes foram realizadas por RT- PCR em tempo real usando RNA de ovos, miracídeo, cercária, esquistossômulo e verme adulto. Os resultados mostraram que o gene da ATPDase1 foi mais expresso em ovos (7 vezes), adulto (6 vezes), cercária (3,5 vezes) e esquistossômulo (1,5 vezes) quando comparado ao miracídio, que foi tomado como referência. O gene da ATPDase2 foi mais expresso em ovos (16 vezes), cercária (11 vezes), miracídio (7 vezes) e verme adulto (2 vezes) quando comparado a esquistossômulo, mostrando que ambos os genes são modulados ao longo de seus estágios de ciclo de vida . Para maior caracterização destas enzimas, elas foram expressas heterologamente na levedura Pichia pastoris como proteínas de fusão com cauda de 6 histidinas e as proteínas recombinantes foram purificadas por cromatografia de afinidade com resina de Ni-NTA. As ATPDases recombinantes foram obtidas de forma ativa e medições de atividade enzimática foram realizadas. ATPDase1 - mostrou atividades ATPásica e ADPásica em torno de 650 e 160 nmoles Pi.min -1. mg-1 , respectivamente. ATPDase2 teve atividades ATPásica e ADPásica na faixa de 1050 e 250 nmoles Pi.min-1.mg-1 , respectivamente. Adicionalmente, atividades UTPásica e UDPásica também foram encontradas nestas enzimas. Estudos de dicroísmo circular com estas duas enzimas elucidaram suas estruturas secundárias. Com isto, ATPDase1 (S66 to Q507 ) teve alfa-hélice (7 %), folha-beta (45 %) e estrutura randômica (48 %), e a ATPDase2 (N83 a K564 ) mostrou conter alfa-hélice (14 %), folha-beta (33 %) e estrutura randômica (53 %). Nós mostramos que a ATPDase2 é secretada pelo parasita no meio, de forma similar como descrito para as ATP-difosfohidrolases humanas CD39L2 e CD39L4. Adicionalmente, em ensaios de inibição de penetração (cercária em camundongo) usando anticorpo anti- ATPDase1 foi mostrada uma redução em 20 % da capacidade de penetração através da pele das cercárias previamente incubadas com o anti-soro. Devido a que a expressão do gene da ATPDase2 estava mais alta em miracídio e cercária, estágios que infectam caramujos e humanos, respectivamente, postulamos que ATPDase2 poderia ajudar no processo de invasão do parasita. No estágio ovo ambos os genes estão altamente expressados sugerindo um possível envolvimento das ATPDases na resposta de proteção contra o sistema imune humano. Ensaios de proteção contra S. mansoni em camundongos, usando as ATPDases 1 e 2 como antígenos, resultaram em uma baixa proteção obtendo-se não mais que 20% na redução da carga parasitária. / ATPDases or ATP-diphosphohydrolases are enzymes that cleave ATP and ADP to AMP and Pi and are involved in inhibition of platelet aggregation. In the parasite Schistosoma mansoni our group had identified and cloned the ATPDase1 gene and localized the protein on the tegument surface. Recently, we cloned the ATPDase2 gene using S. mansoni EST databank information and we immunolocalized it also in the tegument. ATPDase 2 was found on both the apical and basal tegument membranes together with ATPDase1, but only ATPDse2 was found in the syncytium space of the tegument. The presence of both enzymes on the tegumental outer surface suggests a major role in regulation of nucleotides abundance. Expression analysis of both genes was performed by Real Time RT- PCR using RNA from eggs, miracidia, cercariae, schistosomula and adult worms. The results showed that ATPDase1 gene was more expressed in eggs (7-fold), adults (6-fold), cercariae (3.5-fold) and schistosomula (1.5-fold) when compared to miracidia, which was taken as the reference. ATPDase2 gene was more expressed in eggs (16-fold), cercariae (11-fold), miracidia (7-fold) and adult worms (2-fold) when compared to schistosomula, showing that both genes are modulated along the life cycle stages. For further characterization of these enzymes, they were expressed heterologously in the yeast Pichia pastoris as fusion proteins with hexa-histidine tags and the recombinant proteins were purified by Ni-NTA affinity chromatography. The recombinant ATPDases were obtained in active form and activity measurements were performed. ATPDase1 did show ATPase and ADPase activities about 650 and 160 nmoles Pi.min-1.mg-1 , respectively. ATPDase2 had ATPase and ADPase activities in the range of 1050 and 250 nmoles Pi.min-1.mg-1 , respectively. These results were obtained in the presence of calcium as cofactor. Additionally, UTPase and UDPase activities were found for both enzymes. Circular dichroism studies with these enzymes elucidated their secondary structures; ATPDase1 (S66 to Q507 ) has alpha helix (7%), beta sheet (45%) and random coil (48%), whereas ATPDase2 (N83 a K564 ) showed alpha helix (14%), beta sheet (33%) and random coil (53%). We found that ATPDase2 was secreted by the parasite to the medium, similar to what has been described for human CD39-L2 and CD39-L4 ATP-diphosphohydrolases. Additionally, a penetration assay (cercaria to mice) using antibody anti-ATPDase1 did show a decrease of 20% in the penetration capacity through mice skin of cercaria previously incubated with this antiserum. Because ATPDase2 gene expression was increased in miracidia and cercariae, the stages that infect snail and human, respectively, we postulate that ATPDase2 may help the parasite\'s invasion process. In the egg stage both genes were highly expressed suggesting a possible involvement of the ATPDases in the protection response of eggs against the human immune system. Assays of protection against S. mansoni in mice, using recombinant ATPDase1 and 2 as antigens, resulted in low protection obtaining no more than 20% of parasite burden reduction.

A desconexão ázigo-portal e esplenectomia (DAPE) é a operação mais aceita e realizada em nosso meio para a profilaxia da recidiva hemorrágica por ruptura de varizes esofágicas ou gástricas em pacientes portadores de esquistossomose hepato-esplênica. Menores índices de ressangramento são obtidos através da associação da DAPE com escleroterapia ou ligadura elástica endoscópica das varizes esofágicas realizada no pós-operatório. Faltam trabalhos mostrando a evolução, a longo prazo, dos doentes esquistossomóticos submetidos a este tratamento. Este estudo retrospectivo tem como objetivo avaliar a evolução destes pacientes com tempo mínimo de seguimento de 5 anos. Foram analisados os prontuários dos pacientes operados no Serviço de Cirurgia de Fígado e Hipertensão Portal da Disciplina de Cirurgia do Aparelho Digestivo do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, no período compreendido entre março de 1989 a março de 2001 e que foram acompanhados prospectivamente. Avaliamos dados clínicos, laboratoriais, endoscópicos e ultra-sonográficos de 97 pacientes com seguimento de 116,4 ± 46,7 meses. Nenhum paciente cursou com insuficiência hepática clínica ou laboratorial. Ocorreu, no pós-operatório tardio, correção da anemia, leucopenia e plaquetopenia, diminuição dos níveis de bilirrubinas total e indireta séricas e aumento do tempo de atividade da protrombina. Houve significativa redução do número e calibre das varizes esofágicas, assim como da presença de sinais de manchas vermelhas e de varizes gástricas. Houve aumento na freqüência de gastropatia congestiva, entretanto, sem repercussão clínica significativa. A recidiva hemorrágica xviii ocorreu em 24,7% dos pacientes, sendo em 14,6% quando considerada apenas por varizes esofágicas, gástricas ou duodenais. A probabilidade estimada de não ocorrer ressangramento em 20 anos é de 67,1%, sendo de 82,5% quando considerada recidiva por varizes. Em quatro pacientes a recidiva hemorrágica ocorreu por varizes, mesmo após o relato, em exame endoscópico prévio, de erradicação das varizes esofágicas. À avaliação ultrassonográfica observou-se redução do calibre da veia porta no pósoperatório tardio, em comparação ao pré-operatório. Concluímos que a desconexão ázigo-portal com esplenectomia, associada ao tratamento endoscópico de varizes esofágicas no pós-operatório, propicia bons resultados do ponto de vista clínico com baixa morbidade e mortalidade; permite melhora laboratorial da função hepática e correção do hiperesplenismo; determina a redução da incidência dos sinais endoscópicos preditivos de sangramento digestivo por hipertensão portal (varizes esofágicas de grosso calibre, sinais de manchas vermelhas e varizes de fundo gástrico), porém, a gastropatia congestiva é mais freqüente; permite adequada profilaxia da recidiva hemorrágica em 67% dos pacientes ao longo de 20 anos. A recidiva hemorrágica por varizes pode ocorrer mesmo após a erradicação das varizes esofágicas, tanto por recidiva de varizes como por varizes de outro sítio (gástrica ou duodenal). Ocorre redução do calibre da veia porta no pós-operatório tardio, observado em exame ultrassonográfico em comparação ao pré-operatório. / Esophagogastric devascularization and splenectomy (EGDS) is nowadays the most performed operation for esophageal varices bleeding recurrence prophylaxis in hepatosplenic schistosomiasis. Lower rebleeding rates are obtained through the association of EGDS with postoperative endoscopic sclerotherapy or elastic bandage of esophageal varices, however, there is a lack of studies showing long term results. The objectives of this study were to evaluate retrospectively EGDS results in patients with at least five years of follow-up. Clinical, laboratorial, endoscopic and ultrasonographic data of 97 patients submitted to EGDS from March 1989 to March 2001 were analyzed. The mean follow-up was 116.4 months. There was no postoperative clinical or laboratorial hepatic insufficiency. In the late follow-up we observed normalization of preexisting anemia, leucopenia, thrombocytopenia, hyperbilirubinemia, and a prothrombin activity time increase. There was a significant esophageal varices caliber and number reduction, cherry red spots signs and gastric varices decrease. Congestive gastropathy was observed more frequently but without clinical importance. Bleeding recurrence occurred in 24.7% of the patients, however, in 14.6% when esophageal varices hemorrhage was considered. Estimated probability of rebleeding prophylaxis over 20 years is 67.1% and 82.5% when variceal recurrence was considered. Bleeding recurrence occurred in four patients even after endoscopic evaluation showing esophageal varices eradication. There was a significant portal vein caliber reduction on late ultrasound assessment, compared to preoperative. We concluded that the EGDS with postoperative endoscopic treatment leads to good clinical results with low morbidity and mortality; provides laboratorial liver function improve and xx hypersplenism correction; determines endoscopic predictive signs of portal hypertension digestive bleeding decrease (large esophageal varices, cherry red spots signs and gastric varices), however congestive gastropathy is more frequent; allows appropriate bleeding prophylaxis in 67% of the patients over 20 years. Variceal hemorrhagic recurrence may occur even when esophageal varices eradication is reached suggesting the need of an endoscopic surveillance even in this group of patients.

A esquistossomose é uma doença tropical negligenciada que atinge cerca de 200 milhões de pessoas em todo o mundo, abrangindo a América, a África, as Antilhas, o Oriente Médio e Próximo, além do Sudeste Asiático. A espécie encontrada no Brasil é a Schistosoma mansoni, onde se tem como tratamento típico a administração do Praziquantel ou da Oxamniquina. No entanto, sua característica de infecção se associa a saneamento básico precário e baixos padrões sócio-econômicos, de maneira que a reinfecção de doentes apresenta altas taxas de ocorrência, o que motiva a busca por fármacos ou vacinas antihelmíticas que superem esta dificuldade. Neste trabalho são utilizadas técnicas proteômicas para a identificação de proteínas que estejam potencialmente envolvidas na diferenciação entre os sexos, na interação entre parasitas de diferentes sexos ou com o hospedeiro. São estudadas preparações de amostras de sincício e vermes inteiros adultos machos e fêmeas por eletroforese bidimensional e frações de baixo peso molecular de sincício de vermes adultos machos e fêmeas por gel-LC. A expressão diferencial de proteínas de sincício investigada por gel-LC foi avaliada por análise estatítica, sendo detectadas 5 proteínas mais abundantes em machos e 2 em fêmeas, além de 6 proteínas identificadas somente em machos e 21 somente em fêmeas. Estas informações de expressão diferencial possibilitam a investigação dos recursos de sobrevivência e reprodução desenvolvidos evolutivamente por estes parasitas. / Schistosomiasis is a neglected tropical disease that affects approximately 200 million people around the world, occurring in America, Africa, the Antilles, Middle East and Near East, besides Southeast Asia. The species found in Brazil is Schistosoma mansoni, the typical treatment being administration of either Praziquantel or Oxamniquine. Although, the infection characteristics of this disease is associated with poor sanitation and hardened socio-economic conditions, resulting in high reinfection rates, which motivates the search for antihelmintic drugs and vaccines that overcome this situation. In this study proteomics techniques are used in the search of proteins potencially involved in the differentiation of individuals of both sexes, in the interactions between them and between the worms and the host. Samples of worm syncytium and adult whole worms of both male and female are studied by two-dimentional electrophoresis, while low molecular weight syncytium proteins from male and female adult worms were investigated by gel-LC. The differential protein expression in the syncytium investigated by gel-LC was analyzed statistically, being detected 5 proteins most abundant in males, and 2 in females, while 6 were identified solely on males and 21 on females. The information concerning protein differential expression allows the investigation of survival strategies developed evolutionarily by these parasites.

O proteassoma 26S é uma estrutura em forma de barril com um núcleo catalítico 20S que é flanqueado por tampas 19S em ambos os lados. Nosso grupo tem demonstrado que o proteassoma 26S é crítico para o desenvolvimento e sobrevivência do Schistosoma mansoni, sendo que mais de 95% dos casais de vermes tratados com o inibidor de proteassoma MG132 apresentaram alteração na postura dos ovos e viabilidade. O tampão 19S é o complexo regulador e funciona no desdobramento e na desubiquitinação das proteínas, antes de sua entrada no complexo 20S, usando enzimas desubiquitinadoras (DUBS). Recentemente, foi demonstrado que a inibição das DUBS, UCHL5 e USP14, que estão reversivelmente ligadas à partícula 19S do complexo 26S, chamada b-AP15, resulta em autofagia, seguida de morte celular, pois leva uma variedade de células de mamíferos ao estresse oxidativo. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o efeito da droga sobre o desenvolvimento reprodutivo de S. mansoni e como possível alvo terapêutico, tendo como objetivos específicos determinar os seus efeitos: na inibição da oviposição in vitro de casais de parasitas Schistosoma mansoni através da contagem dos ovos e expressão do gene p14; avaliar se os órgãos reprodutores dos parasitas sofreram alguma modificação estrutural; se a substância utilizada leva a autofagia; se o tratamento dos casais de parasita com a droga leva a apoptose, ocasionada pela ativação de caspase-3. Este estudo é o primeiro a documentar o papel da droga b-AP15 como um agente esquistossomicida, pois desencadeia alterações ultraestruturais em casais de vermes de S. mansoni. Os seguintes métodos foram utilizados para analisar as alterações: Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Varredura (MEV) e Confocal; ensaio quantitativo colorimétrico baseado no brometo de 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difenil tetrazólio (MTT), atividade do proteassoma através do substrato Suc-Leu-Le-Al-Tyr-AMC específico para atividade de quimotripsina-like; western blotting; Reação de Polimerase em Cadeia em tempo real e TUNEL. Foram testadas várias concentrações do fármaco (0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2 até 50 µM), sendo que a partir de 1,6 µM de b-AP15 ocorreu a inibição da produção de ovos dos casais de parasitas tratados in vitro por 24 h, não havendo alteração da viabilidade, mas mostrou alterações a partir da dosagem de 3,2 µM. A partir de 1,6 µM ocorreram alterações celulares e tegumentares e vermes adultos tratados com 50 µM estavam mortos. O Western blotting mostrou acúmulo de proteínas poliubiquitinadas de alto peso molecular na presença de 1,6µM, havendo mudanças na atividade quimotripsina-like do proteassoma 20S. Os resultados mostraram que o b-AP15 altera a oviposição, a viabilidade e leva à morte de casais de parasitas, reforçando a hipótese de que o sistema ubiquitina/ proteassoma e que as enzimas deubiquitinadoras ligadas a partícula 19S são essenciais para a biologia de S. mansoni. / The 26S proteasome is a barrel structure with a catalytic core 20S that is flanked by 19S caps on both sides. Our group has been showed that 26S proteasomes are critical for Schistosoma mansoni development and survival, being that more than 95% of worms pairs treated with the proteasome inhibitor MG132 showed alteration on egg laying and viability. The 19S cap is the regulatory complex and functions in unfolding and deubiquitinating the proteins before their entry into the 20S complex using constitutive deubiquitinating enzymes (DUBS). Recently, it has been demonstrated that inhibition of the DUBS, UCHL5 and USP14, which are reversibly bound to the 19S particle of the 26S complex, called b-AP15 , results in cell death because it leads to autophagy, followed by cell death in a variety of mammalian cells. The general objective of this work was to evaluate the effect of the drug on the reproductive development of S. mansoni and as a possible therapeutic target. The specific objectives to determine its effects: in inhibiting the in vitro oviposition of couples of Schistosoma mansoni parasites by counting eggs and p14 gene expression; evaluate whether the reproductive organs of the parasites have undergone some structural modification; if the substance used leads to autophagy; if the treatment of the parasite couples with the drug leads to apoptosis, caused by the activation of caspase-3. This study is the first to document the role of the b-AP15 drug as a schistosomicidal agent, as it triggers ultrastructural changes in couples of S. mansoni worms. The following methods were used to analyze the changes: Transmission Electron Microscopy (MET), Scanning (SEM) and Confocal; Colorimetric assay based on 3- (4,5- dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT), proteasome activity through Suc-Leu-Le-Al-Tyr-AMC substrate specific for chymotrypsin-like activity; western blotting; Polymerase chain reaction in real time and TUNEL. Various concentrations of the drug (0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2 to 50 ?M) were tested. 1.6 ?M b-AP15 occurred the inhibition of egg production of couples of parasites treated in vitro for 24 h, with no change in viability, but showed changes from the dosage of 3.2 ?M. Cell and tegumentary changes occurred in 1.6 ?M and adult worms treated with 50 ?M were dead. Western blotting showed accumulation of high molecular weight polyubiquitinated proteins in the presence of 1.6?M, with changes in the chymotrypsin-like activity of the 20S proteasome. The results showed that b-AP15 alters the oviposition, viability and leads to the death of couples of parasites, reinforcing the hypothesis that the ubiquitin / proteasome system and the deubiquitinating enzymes bound to the 19S particle are essential for the biology of S. mansoni.