O escorpião Tityus serrulatus (Ts) é o responsável pela maioria casos de envenenamento escorpiônicos do Brasil. Embora sua peçonha seja constituída de inúmeros componentes, as neurotoxinas apresentam maior relevância por interagirem especificamente com canais para sódio (Nav) ou potássio (Kv) dependentes de voltagem. Até o momento, já foram descritas 20 neurotoxinas (Ts1 -> Ts20) na peçonha do Ts. No entanto, através de análises ômicas, estima-se que este número seja bem superior. Toxinas que interagem seletivamente com canais iônicos são utilizadas como ferramentas farmacológicas, pois permitem a identificação de canais específicos e a determinação de seus papéis fisiológicos. Adicionalmente, estas toxinas podem ser utilizadas para o desenvolvimento de novos medicamentos para tratar doenças relacionadas a canais iônicos. Considerando o elevado potencial biotecnológicos desta classe de moléculas, o presente trabalho isolou (através de 3 etapas cromatográficas) e caracterizou uma nova toxina da peçonha de Ts, denominada Ts19 Frag-II. A nova toxina demonstrou possuir 49 resíduos de aminoácidos e massa molecular de 5534,54012 Da. Classificada como ?-KTx, especula-se que a Ts19 Frag-II seja produzida a partir de uma modificação pós-transducional, denominada neste estudo de post-splitting, de um transcrito da Ts19. A caracterização funcional da Ts19 Frag-II foi realizada utilizando diferentes ensaios de atividade biológica. Uma extensa avaliação eletrofisiológica em canais iônicos (16 Kvs e 5 Navs) expressos em oócitos de X. leavis demonstrou que a toxina é capaz de bloquear seletivamente canais para potássio do tipo Kv1.2 (IC50 = 544 ± 32 nM). Ensaios in vivo (camundongos C57BL/6) de dor revelaram que a Ts19 Frag-II (2 e 4?g) não é capaz de induzir comportamento nociceptivo espontâneo ou mecânico em camundongos, tanto pela administração intraplantar quanto pela via intratecal. Ensaios in vivo (camundongos BALB/c) também demonstraram que a nova toxina (4 e 8?g) induz aumento dos níveis séricos de ureia, ALT, ?-globulina, IL-6, TNF-?, IL-17A e NO, além de diminuir a quantidade de ?-globulinas. Adicionalmente, utilizando ensaios in vitro de cultura celular de linfócitos T CD4+, demonstrou-se que a Ts19 Frag-II (2 ?g) foi capaz de diminuir a diferenciação de células Th17, assim como suprimir sua função (diminuiu a produção de IL-17 e IL-22). Assim, no presente estudo foi realizado o isolamento e a caracterização molecular e funcional de uma nova toxina de Ts, a qual apresentou atividade neurotóxica e pró-inflamatória, podendo contribuir significativamente para a gravidade do quadro de envenenamento ocasionado pelo escorpião Ts. Adicionalmente, sua seletividade para canais Kv1.2 faz com que Ts19 Frag-II possa ser utilizada como ferramenta de estudo deste canal iônico / The scorpion Tityus serrulatus (Ts) is responsible for most cases of scorpion envenomations in Brazil. Although its venom consist of many components, neurotoxins present major relevance because their specific interaction with voltage-gated sodium (Nav) or potassium (Kv) channels. So far, 20 neurotoxins have been described (Ts1 -> Ts20) in the Ts venom. However, omics analysis indicate that this number is much higher. Toxins that interact selectively with ion channels are used as pharmacological tools, as they allow the identification of specific channels and the determination of their physiological roles. Additionally, these toxins may be used for the development of new drugs for treating disorders related to ion channels. Considering the high biotechnology potential of this class of molecules, this study isolated (by 3 chromatographic steps) and characterized a new toxin from Ts venom, named Ts19 Frag-II. The novel toxin presented 49 amino acid residues and a molecular mass of 5534.54012 Da. Classified as ? - KTx, it is speculated that the Ts19 Frag-II is produced from a post- translational modification, referred in this study as post- splitting, a transcript of Ts19. The functional characterization of Ts19 Frag-II was performed using different biological assays. The extensive electrophysiological study on ion channels (16 Kvs and 5 Navs) expressed in oocytes of X. leavis showed that the toxin is able to selectively block the potassium channel Kv1.2 (IC50 = 544 ± 32 nM). In vivo assays (C57BL/6 mice) of nociception showed that Ts19 Frag-II (2 and 4?g) is not able to induce spontaneous or mechanical nociceptive behavior in mice, both by intraplantar as by intrathecal administration. In vivo assays (BALB/c mice) also demonstrated that the novel toxin (4 and 8?g) increased serum levels of urea, ALT, ?-globulin, IL-6, TNF-?, IL-17A and NO, besides decreasing ?-globulins. In addition, using in vitro assays of CD4+ T-lymphocyte cell culture, it was demonstrated that Ts19 Frag-II (2 ug) was able to decrease the differentiation of Th17 cells, as well as it suppresses Th17 function (decreased IL-17 and IL-22 production). Therefore, the present study isolated and performed the molecular and functional characterization of a new toxin from Ts, which presented neurotoxic and pro-inflammatory activity and could contribute significantly to the severity of the envenoming caused by the Ts scorpion. Moreover, based on its selectivity for Kv1.2 channels, this toxin could be used as a tool to study this type of ion channel

O escorpião Tityus serrulatus é o responsável pelos acidentes mais graves no Brasil. Dentre os componentes já estudados de sua peçonha estão neurotoxinas capazes de interagir com canais iônicos, além de peptídeos biologicamente ativos também estarem presentes. Neste estudo foram isolados peptídeos da fração de baixa massa molecular da peçonha que interagiram com as oligopeptidases timet oligopeptidase (EP24.15) e neurolisina (EP24.16) através do emprego de substratos fluorescentes específicos como ferramentas. Usando espectrometria de massas, as sequências KEILG, FTR, YLPT e do análogo KELLG foram determinadas e posteriormente sintetizadas. In vitro, os peptídeos não foram substratos para enzimas já citadas, além de testes com a neprelisina e ECA. Em relação à inibição, os destaques ficam por conta de KELLG e KEILG, capazes de inibirem a EP 24.15 e de não inibirem a EP 24.16. Outro destaque foi o YLPT, apresentando um Ki de 0,94 mM perante a neprilisina. In vivo os peptídeos foram testados em relação à nocicepção, rolamento de leucócitos e reatividade vascular, onde se destacou o FTR, apresentando efeito antinociceptivo e o KEILG, capaz de aumentar o número de leucócitos, ressaltando a importância de pequenas moléculas na composição da peçonha. / The scorpion Tityus serrulatus is responsible for the most serious accidents in Brazil. Among the components already studied in its venom, neurotoxins are able to interact with ion channels, and peptides with biological activity are also present. In this study, peptides from low molecular weight fraction of the venom that interacted with the oligopeptidases thimet oligopeptidase (EP24.15) and neurolysin (EP24.16) were isolated using specific fluorescent substrates as a tool. Sequences from the peptides KEILG, FTR, YLPT and the analogue KELLG were determined by mass spectrometry and subsequently synthesized. In vitro, the peptides were not substrates for those enzymes, neither for neprilysin and ACE enzymes. Concerning inhibition, the highlights are the KELLG and KEILG, which were able to inhibit EP 24.15 but not EP 24.16. Another peptide thats worth to mention is YLPT, with a Ki of 0.94 mM for neprilysin. In vivo, the peptides were tested for nociception, rolling of leukocytes and vascular reactivity, being the FTR distinguished to be able to cause antinociceptive effect and KEILG to increase the number of leukocytes. These results emphasize the importance of small molecules in the scorpion venom constitution.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:16:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KarlaSRS_DISSERT.pdf: 1043219 bytes, checksum: 938627d329c6e5c7035c19c1680aa246 (MD5) Previous issue date: 2012-02-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In Brazil, several species of scorpions are known to cause accidents which can lead to death, which are mainly belonging to the genus Tityus. The scorpion Tityus serrulatus is the main responsible for more severe cases. Anti-scorpion serums are routinely produced by various institutions, despite their effectiveness, quality and action depends on how quickly treatment is started. Studies have been developed in the search for appropriate technologies to encapsulate and release recombinant or natives proteins capable of inducing antibody production. In this context, chitosan copolymer which can be obtained from the partial deacetylation of chitin or in some microorganisms and it is biocompatible and biodegradable has been widely used for this purpose. This study aimed to search for a system release from chitosan nanoparticles for peptide / protein of the venom of the scorpion T. serrulatus, able to provide a new model of immunization in animals, in order to obtain a potential novel polyclonal serum, anti-venom T. serrulatus. The chitosan nanoparticles were prepared by ionic gelation with polyanion tripolyphosphate (TPP). After standardizing the concentrations of TPP and chitosan was evaluated the efficiency of incorporation of bovine serum albumin (BSA) and scorpion venom, showed particle size compatible with the intended purpose. The particles showed adequate size around 200nm. The crosslinking was confirmed by absorption spectroscopy in the infrared. After verified the high encapsulation efficiency (EE) for acid bicincon?nico method (BCA) protein assay and the particle size distribution, the success of the technique was proven and the potential for in vivo application of nanoparticles. The experimental animals were vaccinated and the antibodies measured by ELISA / No Brasil, diversas esp?cies de escorpi?es s?o conhecidas por provocar acidentes que podem levar ao ?bito, sendo estas pertencentes principalmente ao g?nero Tityus. O escorpi?o Tityus serrulatus ? o principal respons?vel pelos casos de maior gravidade. Soros anti-escorpi?nicos s?o produzidos rotineiramente por diversas institui??es, e, apesar da sua efic?cia, a a??o depende da qualidade e da rapidez com que ? iniciado o tratamento. V?rios estudos t?m sido desenvolvidos na busca de tecnologias adaptadas para encapsular e liberar prote?nas nativas e/ou recombinantes capazes de induzir a produ??o de anticorpos. Neste contexto, a quitosana um copol?mero que pode ser obtida a partir da desacetila??o parcial da quitina ou em alguns microrganismos e por ser biocompat?vel e biodegrad?vel tem sido amplamente utilizada para esta finalidade. O presente trabalho teve como objetivo a busca de um sistema de libera??o a partir de nanopart?culas de quitosana para pept?deos/prote?nas do veneno do escorpi?o T. serrulatus, capaz de proporcionar um novo modelo de imuniza??o em animais, com a finalidade para potencial obten??o de um soro policlonal in?dito, anti-veneno de T. serrulatus. As nanopart?culas de quitosana foram preparadas por gelifica??o i?nica com tripolifosfato poliani?nico (TPP). Ap?s padronizar as concentra??es de TPP e de quitosana, foi avaliado a efici?ncia de incorpora??o de Albumina Soro Bovina (BSA) e o veneno do escorpi?o, apresentaram tamanho de part?cula compat?vel com a finalidade pretendida. As part?culas apresentaram tamanho adequado em torno de 200nm. A reticula??o foi comprovada por espectroscopia de absor??o na regi?o do infravermelho (IV). Ap?s verificar a alta efici?ncia de encapsula??o (EE) pelo m?todo do ?cido bicincon?nico (BCA) de dosagem de prote?na e a distribui??o do tamanho de part?culas, foi comprovado o sucesso da t?cnica e o potencial para aplica??o in vivo das nanopart?culas. Os animais experimentais foram vacinados e os anticorpos dosados pela t?cnica de ELISA

No Brasil, a espécie Tityus serrulatus (Ts) é a responsável pela maioria dos acidentes de envenenamento com escorpiões, bem como pela maior incidência de acidentes ocasionados por animais peçonhentos. Isso ocorre devido ao fato desta espécie possuir somente fêmeas, realizando uma reprodução assexuada (partenogênese), facilitando assim sua proliferação. Atualmente, existem 16 diferentes toxinas descritas provenientes da peçonha de Ts, sendo a Ts1 a mais abundante na peçonha solúvel. Dentre estas toxinas, as neurotoxinas com ação em canais para sódio e potássio são as que despertam maior interesse da comunidade científica, devido aos seus efeitos no envenenamento e especificidades por canais iônicos. As neurotoxinas com ação em canais para potássio são compostas por uma alfa-hélice e três fitas-beta antiparalelas, e são constituídas por 23-43 resíduos de aminoácidos. Essas estão classificadas em quatro famílias (?-, ?-, g- e k-KTx). A família ?-KTx é a de maior relevância e está dividida em 21 subfamílias. Estas toxinas com alta especificidade para diferentes subtipos de canais para sódio e potássio são de extrema importância, pois podem ser utilizadas como ferramentas terapêuticas específicas para células-alvo. Até o momento, nosso grupo realizava o isolamento dessas toxinas utilizando como primeira etapa de purificação a cromatografia da peçonha em coluna de CM-Celulose-52, segundo protocolo descrito por Arantes e colaboradores (1989). O presente trabalho padronizou um novo método de fracionamento inicial da peçonha utilizando a mesma coluna, porém incorporando o uso de CLAE (Cromatografia Liquida de Alta Eficiência), onde foi possível observar um perfil cromatográfico semelhante ao anterior (XIII Frações), porém com maior reprodutibilidade e praticidade. Algumas frações do método anteriormente descrito foram subdivididas em duas (VIA-VIB, VIIIA-VIIIB, IXA-IXB e XIA-XIB), demonstrando que o novo procedimento também apresenta melhor resolução dos componentes da peçonha. Utilizando o novo método, foram purificadas as toxinas Ts6 e Ts7. Os efeitos dessas toxinas foram avaliados em 14 diferentes tipos de canais para potássio (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG e Shaker), expressos em células de oócitos de Xenopus laevis, através da técnica de voltage-clamp com dois microeletrodos. A toxina Ts6 (1?M) demonstrou ter ação em 11 tipos de canais (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG e Shaker), porém nos canais Kv1.2, Kv1.3 e Shaker sua ação bloqueadora foi mais intensa. Através de experimentos de dose-resposta foi possível comprovar tal seletividade, demonstrando que a toxina Ts6 atua em quantidades extremamente baixas em ambos os canais (IC50 Kv1.2 = 6,19 ± 0,35 nM /IC50 Kv1.3 = 0,55 ± 0,20 nM). A toxina Ts7 (1?M) demonstrou ter ação em 11 tipos de canais para K+ (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4 Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv7.1, hERG e Shaker), porém a ação de bloqueio em vários subtipos de canais não apresentou diferenças significativas, mostrando baixa seletividade entre os canais analisados. Este trabalho foi de Resumo ii extrema importância por melhorar a reprodutibilidade, praticidade e resolução do método de fracionamento da peçonha de Ts, bem como por fornecer uma avaliação eletrofisiológica criteriosa das toxinas Ts6 e Ts7 em diferentes subtipos de canais para potássio. O presente estudo demonstra a potencial aplicação da toxina Ts6, seletiva para canais Kv 1.3, para o tratamento de doenças autoimunes. Além disso, indica o uso das toxinas Ts6 e Ts7 como ferramentas para o estudo de características estruturais e funcionais de canais para potássio. / In Brazil, Tityus serrulatus (Ts) species is the responsible for the most scorpion accidents and also for the major incidence of accidents caused by venomous animals. About 16 different toxins of Ts venom have been listed so far, being Ts1 the major one. Among these toxins, the neurotoxins with action on sodium and potassium channels are the most interest in the scientific community, due to their effect in the envenomation and ion channel specificity. The neurotoxins with action on potassium channels are composed of an ?-helix and three ?-strands formed by 23-43 amino acid residues. They are classified into four families (?-, ?-, g- and ?- KTx). The ?-KTx family is the most relevant and is divided into 21 subfamilies. These toxins with high specificity for different subtypes of sodium and potassium channels are very important, because they can be used as therapeutic tools to specific target cells. Until now, the fractionation of these toxins was done using a CM-Cellulose-52 column, according to the protocol of Arantes and co-workers (1989). The present work standardized a new method of isolation using the same column, but incorporated the use of HPLC (High Performance Liquid Chromatography), in which was observed a chromatographic profile such as the previous one (XIII Fractions), however with high resolution and more practical. Some fraction of the previous method were divided in two subfractions (VIA-VIB, VIIIA-VIIIB, IXA-IXB e XIA-XIB), showing that the new method also present high resolution. Using the new method, it was isolated the Ts6 and Ts7 toxin. The effects of these toxins were evaluated in 14 different types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), which were expressed in Xenopus laevis oocytes using the voltage-clamp technique with twomicroelectrodes. The Ts6 toxin (1?M) shows to act on 11 types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), but the blocking of Kv1.2 and Kv1.3 was significantly more intense. Using dose-response experiments, it was possible to confirm this selectivity, in which Ts6 demonstrates to act in both channels in extremely low quantities (IC50 Kv1.2 = 6,19 ± 0,35 nM /IC50 Kv1.3 = 0,55 ± 0,20 nM). The Ts7 toxin (1?M) shows to act on 11 types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), but the blocking action on multiple subtypes channels showed no significant differences, showing low selectivity among the channels analyzed. This work was important to improve and facilitate the method of fractionation of Ts venom, as well as evaluate the electrophysiology properties of the toxins Ts6 and Ts7 of interacting with different types of potassium channels. These studies will be essential for future applications of these toxins as drugs to treat channelpathies or as tools to study potassium channels structurally and functionally.

Os escorpiões são um dos grupos de animais mais antigos da Terra. Eles são artrópodes e pertecem a classe Arachinida e Ordem Scorpionida. A família Buthidae compreende as espécies responsáveis pelos acidentes graves em humanos, incluindo a espécie Tityus serrulatus, o maior responsável por esses acidentes no Brasil. A peçonha do T. serrulatus contém diversas neurotoxinas que agem especificamente em canais para sódio, potássio e cálcio da membrana plasmática de células excitáveis, causando massiva liberação de neurotransmissores.As toxinas escorpiônicas podem ser usadas como ferramentas nos estudos de estrutura e função desses canais iônicos sensíveis a voltagem e também no estudo de liberação e captação de neurotransmissores. As toxinas escôrpionicas específicas para canais para sódio sensíveis a voltagem são as principais responsáveis pelos efeitos do envenenamento por estes artrópodes e podem ser classificadas em duas classes: toxinas e . As -toxinas retardam a inativação desses canais induzindo assim um prolongamento na fase de repolarização do potencial de ação. As - toxinas alteram a dependência de voltagem de ativação dos canais para sódio para potenciais mais negativos provocando potenciais de ação espontâneos e repetitivos. As toxinas específicas para canais para potássio (KTx) são geralmente peptídeos pequenos e de caráter básico, formados por 23-43 aminoácidos estabilizados por 3-4 pontes dissulfeto. As KTx são classificadas em 4 subfamílias:, , , . Neste trabalho, uma nova neurotoxina do escorpião T. serrulatus foi isolada e caracterizada bioquímica e funcionalmente. A toxina foi testada em ampla variedade de canais incluindo 5 subtipos de canais para sódio (Nav1.4; Nav1.5; Nav1.6; Nav1.8 e DmNav1) e 12 diferentes tipos de canais para potássio (Kv1.1 a Kv1.6; Kv2.1; Kv3.1; Kv4.2; Kv4.3; Shaker IR e hERG). A peçonha bruta solúvel foi fracionada em cromatografia de troca iônica em coluna CM-Celulose-52 (2,5 cm x 63 cm), previamente equilibrada e eluída com tampão NH4HCO3 (pH 7,8). Essa primeira etapa cromatográfica permitiu a separação de 13 frações nomeadas de I XIII. A fração X foi submetida à cromatografia de fase reversa em sistema de cromatografia líquida de alta eficiência em que a toxina pura Ts15 pode ser obtida. Seu sequenciamento amino-terminal demonstrou que esse peptídeo possui 36 resíduos de aminoácidos estabilizados por 3 pontes dissulfeto. A massa molecular obtida por espectrometria de massa foi de 3956 e o pI predito pelo programa ProtParam foi de 8,86, no entanto, o pI determinado por focalização isolelétrica foi maior que 9,3. Os experimentos de eletrofisiologia utilizando as técnicas patch clamp e two microelectrode voltage clamp mostraram que a toxina Ts15 bloqueia preferencialmente os subtipos de canais para potássio Kv1.2 e Kv1.3 com IC50 de 196 ± 25 nM e 508± 67 nM respectivamente. Os ensaios de captação de neurotransmissores em sinaptosomas de cérebro de rato foram realizados adicionando 3H-GABA e 3H-Glu na presença e ausência de diferentes concentrações da toxina Ts15. Não foram observados efeitos nos canais para sódio em todas as concentrações testadas assim como na captação do GABA. Porém, foi observado aumento significante na captação do glutamato em todas as concentrações testadas, provavelmente como resultado de efeito secundário da ação da Ts15 em canais para potássio sensível a voltagem. Em conclusão, a Ts15 pode ser considerada um autêntico novo tipo de toxina escorpiônica, com afinidade para canais para potássio Kv1.2 e Kv1.3 e capaz de aumentar a captação de glutamato. Essa toxina é o único membro da nova subfamília -Ktx21 e portanto nomeada -Ktx21.1 / Scorpions are one of the most ancient groups of animals on earth. They are arthropods and belong to the class Arachinida and Order Scorpionida. The Buthidae family comprises the species that are really dangerous for human, including Tityus serrulatus that is responsible for most severe accidents in Brazil. T. serrulatus venom contains several neurotoxins that specifically act on sodium, potassium or calcium channels in excitable membranes, causing a massive release of neurotransmitters and leading to the stimulation of the autonomic nervous system. Since ion channels play important roles in many physiological processes, scorpion toxins have been used as tools for studies of the neurophysiological mechanisms involving voltage-gated ion channels and neurotransmitter release/uptake. Voltage-gated Na+ channel (Nav channel) toxins are mainly responsible of the harmful effects of scorpion venom and can be classified into two classes: and -neurotoxins. The -toxins retard Nav channel inactivation and induce a prolongation of the repolarization phase of the action potential. The -toxins shift the voltage dependence of Nav channel activation to more negative potentials that result in an increased tendency of the cell to fire spontaneously and repetitively. Voltage-gated potassium channel toxins (KTxs) are basic short chain peptides comprising 23-43 amino acid residues that can be cross-linked by 3 or 4 disulfide bridges. KTxs are classified into four large families: , , and . These peptides display varying selectivity and affinity for different Kv channel subtypes. In this work, a novel toxin from the T. serrulatus venom was isolated, biochemistry and pharmacologically characterized using a wide electrophysiological screening on 5 different subtypes of Nav channels (Nav1.4; Nav1.5; Nav1.6; Nav1.8 and DmNav1) and 12 different subtypes of Kv channels (Kv1.1 - Kv1.6; Kv2.1; Kv3.1; Kv4.2; Kv4.3; Shaker IR and hERG). The crude soluble T. serrulatus venom was fractionated by ion exchange chromatography on a CM-cellulose-52 column (2.5 cm x 63.0 cm), which was equilibrated and eluted with NH4HCO3 buffer (pH 7.8). This chromatography allowed the separation of 13 fractions which were named I to XIII. Fraction X was submitted to a reverse-phase C18 (0.46 cm x 25 cm) high performance liquid chromatography (RP-HPLC) and the pure toxin, Ts15, could be obtained. The amino acid sequence of this novel peptide showed that it contains 36 amino acids and is cross-linked by 3 disulfide bridges. The molecular mass of Ts15 (3956) was obtained by electrospray (ESI) triple-quadrupole mass spectrometry and its pI value (8,86) was predicted by ProtParam program. However, the pI determined by isoeletric focusing was greater than 9,3. Electrophysiological experiments using patch clamp and the two electrode voltage clamp technique, showed that Ts15 preferentially blocks Kv1.2 and Kv1.3 channels with IC50 value of 196 ± 25 and 508 ± 67 nM, respectively. Uptake assays were performed by adding 3H-GABA and 3H-Glu, in the absence (controls) or presence of different concentrations of Ts15, on isolated rat brain synaptosomes. No effect on Nav channels was observed, in all tested concentrations, as well as for GABA uptake. However, Ts15 induced a significant increase of the glutamate uptake, probably as a secondary effect of its action on Kv channels. In conclusion, Ts15 can be considered a bonafide novel type of scorpion toxin that presents high affinity by Kv1.2 and Kv1.3 channels and was able to increase the glutamate uptake. It is the unique member of the new -Ktx21 subfamily and therefore was named -Ktx21.1

O escorpião Tityus serrulatus é o responsável pelos acidentes mais graves no Brasil. Dentre os componentes já estudados de sua peçonha estão neurotoxinas capazes de interagir com canais iônicos, além de peptídeos biologicamente ativos também estarem presentes. Neste estudo foram isolados peptídeos da fração de baixa massa molecular da peçonha que interagiram com as oligopeptidases timet oligopeptidase (EP24.15) e neurolisina (EP24.16) através do emprego de substratos fluorescentes específicos como ferramentas. Usando espectrometria de massas, as sequências KEILG, FTR, YLPT e do análogo KELLG foram determinadas e posteriormente sintetizadas. In vitro, os peptídeos não foram substratos para enzimas já citadas, além de testes com a neprelisina e ECA. Em relação à inibição, os destaques ficam por conta de KELLG e KEILG, capazes de inibirem a EP 24.15 e de não inibirem a EP 24.16. Outro destaque foi o YLPT, apresentando um Ki de 0,94 mM perante a neprilisina. In vivo os peptídeos foram testados em relação à nocicepção, rolamento de leucócitos e reatividade vascular, onde se destacou o FTR, apresentando efeito antinociceptivo e o KEILG, capaz de aumentar o número de leucócitos, ressaltando a importância de pequenas moléculas na composição da peçonha. / The scorpion Tityus serrulatus is responsible for the most serious accidents in Brazil. Among the components already studied in its venom, neurotoxins are able to interact with ion channels, and peptides with biological activity are also present. In this study, peptides from low molecular weight fraction of the venom that interacted with the oligopeptidases thimet oligopeptidase (EP24.15) and neurolysin (EP24.16) were isolated using specific fluorescent substrates as a tool. Sequences from the peptides KEILG, FTR, YLPT and the analogue KELLG were determined by mass spectrometry and subsequently synthesized. In vitro, the peptides were not substrates for those enzymes, neither for neprilysin and ACE enzymes. Concerning inhibition, the highlights are the KELLG and KEILG, which were able to inhibit EP 24.15 but not EP 24.16. Another peptide thats worth to mention is YLPT, with a Ki of 0.94 mM for neprilysin. In vivo, the peptides were tested for nociception, rolling of leukocytes and vascular reactivity, being the FTR distinguished to be able to cause antinociceptive effect and KEILG to increase the number of leukocytes. These results emphasize the importance of small molecules in the scorpion venom constitution.

Escorpiões da família Buthidae estão envolvidos na maioria dos envenenamentos em todo o mundo. Tityus é um dos gêneros dessa família, sendo Tityus serrulatus a espécie mais perigosa, por estar envolvida em envenenamentos graves, nos quais as vítimas são crianças, podendo levar a óbito. As manifestações da picada incluem dor local, hipersensibilidade, hipertensão, manifestações cardiovasculares e edema pulmonar. A peçonha do T. serrulatus contem, entre outros componentes, várias toxinas que atuam em canais de K+, Na+ e Ca2+ e que são responsáveis pelos efeitos tóxicos do veneno. Estudos recentes mostraram que a peçonha de T. serrulatus pode ativar macrófagos que são críticos na resposta imune e desempenham papel fundamental na resposta humoral e celular. Entretanto, pouco se conhece sobre os efeitos diretos dessas peçonhas sobre linfócitos humanos. Considerando que a modulação de funções celulares como proliferação, ativação e produção de citocinas pode desempenhar papel importante em envenenamentos, o presente estudo propôs: a) avaliar o efeito citotóxico do veneno bruto de Tityus serrulatus (VTs) sobre células mononucleares do sangue periférico humano (PBMC); b) analisar o efeito do VTs sobre a modulação da expressão de marcadores fenotípicos (CD3, CD4, CD8 e CD19) e de marcadores de ativação celular, incluindo CD69, CD25 e HLA-DR em células T e B; c) avaliar o efeito do VTs sobre a proliferação de linfócitos T; d) avaliar a capacidade do VTs em modular a produção de citocinas pelas PBMC. Ensaios de citotoxicidade foram realizados pela técnica do MTT (3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide) e mostraram que as concentrações de 500, 1000 e 2000 ?g/mL do VTs apresentaram citotoxicidade baixa a moderada para PBMC (12,7, 22,2 e 23,7% de redução na viabilidade celular, respectivamente). Concentrações de 25, 50 e 100 ?g/mL não foram citotóxicas. Com base nesses ensaios, estas ultimas concentrações foram utilizadas nos ensaios subsequentes. A citometria de fluxo foi empregada para avaliação da proliferação celular, da expressão de marcadores fenotípicos e de ativação celular, bem como para a quantificação de citocinas nos sobrenadantes de culturas celulares. As concentrações utilizadas não induziram alterações significativas nas subpopulações de linfócitos e não modificaram a expressão de marcadores de ativação em linfócitos T CD4+, CD8+ e B, após 24h de cultivo. O ensaio de proliferação celular, utilizando marcação concomitante com diacetato carboxifluoresceína succinimidyl ester (CFSE) e anticorpos monoclonais contra marcadores fenotípicos e marcadores de ativação celular, permitiu que se avaliasse não só a proliferação, mas a discriminação das diferentes subpopulações celulares e o estado de ativação das mesmas após 96h de cultivo. Os resultados sugerem que o VTs inibe a proliferação de linfócitos estimulados com fitohemaglutinina (PHA), e em especial a porcentagem de linfócitos T CD8+CD25+ (linfócitos T citotóxicos ativados). O VTs não foi capaz de induzir proliferação celular. Em contraste, o VTs quando adicionado isoladamente à cultura de PBMC, nas concentrações de 50 e 100 ?g/mL, induziu a produção de IL-6 (p<0,05 e p<0,01, respectivamente), uma citocina pró-inflamatória que desempenha papeis importantes nas respostas imunes ii inata e adaptativa. A secreção aumentada de IL-6, portanto, não está vinculada a aumento na proliferação celular. A presença do VTs concomitantemente à PHA apresentou tendência para inibição da produção de citocinas por células estimuladas com a PHA, como IL-10, TNF e IFN-gama. Os resultados sugerem que o VTs é uma fonte potencial de substâncias com ações imunomoduladoras sobre linfócitos T humanos e estimulam novas investigações para o esclarecimento dos mecanismos de ação envolvidos, incluindo estudos que considerem a participação dos canais iônicos de linfócitos T nos fenômenos observados. Essas investigações, juntamente com a identificação dos componentes da peçonha, responsável pela atividades observadas, poderão contribuir para a descoberta de ferramentas para estudo dos mecanismos fisiopatológicos do envenenamento, bem como para a descoberta de novas alternativas de tratamento para doenças mediadas pelo sistema imune. / Scorpions of the Buthidae family are involved in most envenomations worldwide. Tityus is one of the genera of this family, being Tityus serrulatus the most dangerous species, because it is involved in severe envenomation, in which the victims are children and it can lead to death. The manifestations of scorpion sting are classified from mild to severe and its clinical signs include local pain, hypersensitivity, hypertension, cardiovascular manifestations and pulmonary edema. T. serrulatus venom contains, among other components, various toxins that act on K+, Na+ and Ca2+ channels, and are responsible for the toxic effects of the venom Recent studies showed that the venom of T. serrulatus (VTs) can activate macrophages that are critical to immune response and play a key role in the humoral and cellular response. However, little is known about the direct effects of these venoms on human lymphocytes. Considering that the modulation of cellular functions such as proliferation and induction of citokines production may play an important role in envenomation, the study proposed: a) to evaluate the cytotoxic effects of crude venom on peripheral blood mononuclear cells, b) to examine the effect of VTs on the modulation of expression of phenotypic markers (CD3, CD4, CD8 and CD19) and markers of cellular activation, including CD69, CD25 and HLA-DR on T and B cells c) to evaluate the VTs effect on the proliferation of T lymphocytes d) to evaluate the ability of VTs to modulate cytokine production by PBMC. Cytotoxicity assays were performed by the technique of MTT (3 - (4,5-dimethyl-2-thiazolyl-2,5-diphenyl-2Htetrazolium bromide) and showed that VTs concentrations of 500, 1000 and 2000 ?g/mL showed low to moderate cytotoxicity to PBMC (12.7, 22.2 and 23.7% reduction in cell viability, respectively). Concentrations of 25, 50 e 100 ?g/mL were not cytotoxic. Based on these tests, these concentrations were used in subsequent trials. Flow cytometry was used to assess cell proliferation, expression of phenotypic markers and cell activation, as well as for the quantification of cytokines in supernatants of cell cultures. The concentrations used did not induce significant changes in subpopulations of lymphocytes and did not modify the expression of activation markers on CD4+, CD8+ and B cells, after 24 hours of culture. The cellular proliferation assay, using simultaneously diacetate carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE) and monoclonal antibodies against phenotypic markers and cell activation markers, allowed the evaluation not only of proliferation, but the discrimination of different cell subpopulations and activation state of the same after 96h of culture. The results suggest that VTs inhibits the proliferation of lymphocytes stimulated with phytohemagglutinin (PHA), and in particular the percentage of T lymphocytes CD8+ CD25+ (activated cytotoxic T lymphocytes). The VTs were not able to induce cell proliferation. In contrast, the VTs when added alone to the culture of PBMC at concentrations of 50 and 100 ?g/mL induced production of IL-6 (p <0.05 and p <0.01, respectively), a proinflammatory cytokine that plays important roles in innate and adaptive immune responses. The increased secretion of IL-6, therefore, is not linked to increased cell proliferation. The presence of VTs concurrently with PHA tended to inhibit cytokine production by cells stimulated with PHA, as IL-10, TNF and iv IFN-gamma.The results suggest that the VTs is a potential source of substances with immunomodulatory actions on human T lymphocytes and stimulate further research to elucidate the mechanisms of action involved, including studies to consider the participation of ion channels of T lymphocytes in the phenomena observed. These investigations, along with the identification of the components of the venom responsible for the observed activities may contribute to the discovery of tools to study the pathophysiological mechanisms involved in the envenomation as well as for the discovery of new treatment alternatives for diseases mediated by the immune system.

O escorpião Tityus serrulatus é considerado uma das espécies mais perigosas para os seres humanos no Brasil, e sua peçonha induz resposta inflamatória local e sistêmica. Neste projeto, tivemos como objetivo estudar a produção de mediadores inflamatórios, as vias de ativação celular e os receptores da imunidade inata responsáveis pelo reconhecimento da peçonha do escorpião T. serrulatus (TsV), bem como de suas toxinas. Nós demonstramos que TsV, e suas toxinas Ts1 e Ts6 induzem a produção de NO, IL-6 e TNF-? por células J774.1, as quais podem ser potencializadas pela presença de LPS. No entanto, Ts2 apresenta atividade anti-inflamatória por induzir produção de IL-10 e inibe a liberação de NO, IL-6 e TNF-?, induzida pelo LPS. Mostramos ainda que Ts2 ou Ts6 isoladas do TsV, além das citocinas, induzem a produção dos mediadores lipídicos (LTB4 e PGE2), e estes contribuem para o recrutamento de leucócitos para a cavidade peritoneal. Em conjunto, os nossos dados demonstraram que Ts2 e Ts6 induzem inflamação por mecanismos dependentes da produção de citocinas e mediadores lipídicos, e que Ts2 pode desempenhar papel regulador da resposta. No entanto, os mecanismos responsáveis pelo reconhecimento da peçonha e indução da liberação de mediadores inflamatórios por células de mamíferos, são desconhecidos. Assim, dando continuidade aos nossos estudos, demonstramos que os receptores TLR2, TLR4 e CD14 reconhecem TsV, e medeiam a produção de citocinas e mediadores lipídicos. Além disso, nós demonstramos que TsV ativa NF-?B dependente de MyD88, e o fator c-Jun, independente de MyD88. Semelhante ao TsV, a sua toxina majoritária, Ts1, induz a fosforilação de NF-?B dependente de MyD88, via reconhecimento por TLR2 e TLR4, enquanto a ativação c-Jun é via TLR4, mas independente de MyD88. Dentro deste contexto, nós propusemos o termo Padrões Moleculares Associados à Venenos (VAMP) para se referir às moléculas que são introduzidas no hospedeiro por picadas e são reconhecidas por receptores de reconhecimento padrão (PRRs), resultando em inflamação. Demonstramos ainda, a formação de corpúsculos lipídios (CLs) e a geração de eicosanóides, após o reconhecimento do TsV por TLR2 e TLR4. Nossos dados mostraram que a formação de eicosanóides se correlaciona com a formação dos CLs, que por sua vez são dependentes de TLR2 e TLR4, e da ativação de PPAR?, sugerindo que este receptor nuclear pode modular a produção de citocinas pró-inflamatórias. Assim, concluímos que PPAR? pode ser um candidato-alvo atrativo para novas estratégias terapêuticas para prevenção dos efeitos deletérios resultantes da intensa liberação sistêmica de mediadores inflamatórios após envenenamento. / Tityus serrulatus is the scorpion considered one of the most dangerous species to humans in Brazil, which venom induces local and systemic inflammatory response. In this project, we aimed to study In this project, we aimed to study the inflammatory mediators production, cell activation and receptors of innate immunity responsible for recognition of the venom of the scorpion T. serrulatus (TsV) as well as their toxins. We have demonstrated that TsV and their toxins Ts1 and Ts6 induce NO, IL-6 and TNF-? production in J774.1 cells, which may be potentiated by presence of LPS. However, Ts2 exhibits anti-inflammatory activity due induction of IL-10 production and inhibits the release of NO, IL- 6 and TNF-? induced by LPS. We also show that Ts2 or Ts6 isolated of TsV, besides of the cytokines, induce the production of lipid mediators (LTB4 and PGE2), and these mediators contribute to leukocytes recruitment into the peritoneal cavity. Taken together, our data demonstrated that Ts2 and Ts6 induce inflammation by mechanisms dependent on the production of cytokines and lipid mediators, and that Ts2 may play regulatory role on the cell response. Furthermore, continuing our studies, we demonstrated that TLR2, TLR4 and CD14 receptors recognize TsV, mediating cytokines and lipid mediators production. We also showed TsV MyD88- dependent activation of NF-?B, and a MyD88-independent activation of the factor c-Jun. Similar to TsV, the majority toxin Ts1 induces MyD88-dependent phosphorylation of NF-kB via TLR2 and TLR4 recognition, while the c-Jun activation is through TLR4 recognition, but independent of MyD88. Within this context, we propose the term Venom-Associated Molecular Pattern (VAMP), to refer molecules that are introduced into the host by st ings and recognized by PRRs, resulting in inflammation. Finally, we investigated the formation of lipid bodies (LBs) and generation of eicosanoids, through TsV recognition by TLR2 and TLR4. Our data showed that eicosanoid production correlates with the LBs formation, which are dependent on TLR2, TLR4 and PPAR? activation, suggesting that this nuclear receptor can modulate cytokines inflammatory. Thus, we suggest that PPAR? may be an attractive candidate target for novel therapeutic strategies to prevent the deleterious effects of intense systemic release of inflammatory mediators after envenomation.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2015-07-27T14:08:11Z No. of bitstreams: 1 Vera Lucia Silva Rigoni.pdf: 1348554 bytes, checksum: 28c01d5b4e69fddd38792d76d20fcf02 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-27T14:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vera Lucia Silva Rigoni.pdf: 1348554 bytes, checksum: 28c01d5b4e69fddd38792d76d20fcf02 (MD5) Previous issue date: 2013-12-13 / The scorpionism is considered a public health worldwide, with Tityus serrulatus the main cause of accidents in Brazil. Symptoms of envenomation by Tityus serrulatus ranging from local pain to severe systemic reactions such as cardiac dysfunction and pulmonary edema, which is the leading cause of death. The amount of venom injected the age, physical and genetic factors of the victims are related to the severity of the symptoms presented by patients. Endothelial cells under physiological conditions play a protective role in the cardiovascular system. In the case of dysfunction or injury of that tissue occurs repercussion in the vascular structure, surrounding tissue, and finally on the cardiovascular system. In bronchial epithelial cells after injury, occurs repair mechanism mediated by cytokines and growth factors also occur increase in cell proliferation and differentiation after epithelial damage. Thus, this study aims to evaluate the modulating effect of Tityus serrulatus scorpion venom on endothelial cells and bronchial epithelial cells analyzing the viability of these cells and the mechanism by which inflammation occurs. Therefore, the cells in this study are cultured and incubated in culture plates with Tityus serrulatus scorpion venom in different concentrations and periods of time. The inflammatory mechanism was assessed through the measurement of cytokines in the supernatant of these cells. The results showed that Tityus serrulatus venom changed the viability of monolayers of endothelial cells (tEnd), and bronchial epithelial cells (BEAS), and this effect was more marked in bronchial epithelial cells. The results also demonstrate that the venom induces the release of cytokines IL-1, IL-6 and IL-8. iii This study extend the knowledge of the actions of the venom of the scorpion Tityus serrulatus on bronchial epithelial and endothelial cells thus demonstrating changes in pulmonary physiology that may contribute to a better treatment strategy of scorpion envenomation. / O escorpionismo é considerado um problema mundial de saúde pública, sendo a espécie Tityus serrulatus a principal causadora de acidentes graves no Brasil. Os sintomas do envenenamento pelo escorpião Tityus serrulatus vão desde dor local até reações sistêmicas severas, como disfunção cardíaca e edema pulmonar agudo, sendo este a principal causa de morte. A quantidade de veneno inoculado, idade, condições físicas e fatores genéticos das vítimas relacionam-se com a gravidade dos sintomas apresentados pelos pacientes. As células endoteliais, em condições fisiológicas, desempenham papel protetor do sistema cardiovascular. Em caso de disfunção ou lesão desse tecido há repercussão sobre a estrutura vascular, tecido adjacente e, por fim sobre o sistema cardiovascular. Já, nas células epiteliais brônquicas após injúria, ocorre mecanismo de reparo mediado por citocinas e fatores de crescimento, ocorrendo também proliferação e diferenciação celular após o dano epitelial. Assim, o presente estudo tem como objetivo avaliar o efeito modulador do veneno do escorpião Tityus serrulatus em células endoteliais e células epiteliais brônquicas, analisando a viabilidade destas células e o mecanismo de inflamação pela qual são acometidas. Para tanto, as células em estudo foram cultivadas e incubadas em placas de cultura com o veneno do escorpião Tityus serrulatus, em diferentes concentrações e em diferentes períodos de tempo. O mecanismo inflamatório foi avaliado através da dosagem de citocinas no sobrenadante destas células. Os resultados demonstraram que o veneno de Tityus serrulatus alterou a viabilidade de i monocamadas das células epiteliais brônquicas e células endoteliais, sendo que esse efeito foi mais evidente nas células epiteliais brônquicas. Ainda, os resultados demonstraram que o veneno induz a liberação das citocinas IL-1, IL-6 e IL-8. Estes estudos ampliam o conhecimento das ações do veneno do escorpião Tityus serrulatus nas células endoteliais (tEnd) e epiteliais brônquicas (BEAS), comprovando assim alterações na fisiologia pulmonar que poderão contribuir para uma melhor estratégia de tratamento do envenenamento escorpiônico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T21:38:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:10:05Z : No. of bitstreams: 1 173997.pdf: 3927403 bytes, checksum: 7b16f6d300c40b56dbeab5015d05b909 (MD5) / Ocorre em torno 10 mil casos de acidentes por ano no Brasil, causados por escorpião amarelo, sendo que o sintoma mais expressivo do envenenamento relatado por indivíduos picados é a dor intensa no local da picada. Devido a estes relatos propomos estudar neste trabalho os mediadores envolvidos na dor inflamatória induzida pelo veneno do escorpião Tityus serrulatus. Utilizamos para avaliar a intensidade de hiperalgesia em patas de ratos (Wistar,machos), o método de Randall-Selitto modificado por Ferreira e cols., 1978. O veneno administrado em patas de rato foi capaz de induzir hiperalgesia dependente da dose (0,312 a 10 ug/pata). Sugerimos a participação da bradicinina na hiperalgesia, uma vez que esta foi abolida pelo HOE140. O veneno possivelmente é capaz de liberar citocinas inflamatóriaa , visto que drogas como nimesulide, dexametasona e pentoxifilina foram capazes de abolir a hiperalgesia induzida pelo veneno. E o teste de ELISA para dosagem das concentrações interleucina-1 beta (IL-1) e TNF alfa, demonstraram que estas aumentam uma e duas horas após a administração do veneno. Substâncias que inibem a COX, como indometacina , meloxicam , paracetamol e dexametasona foram capazes de inibir a hiperalgesia, sugerindo a participação de prostaglandinas. Substâncias que bloqueiam a ação de aminas simpatomiméticas, como atenolol e guanetidina atenuaram a hiperalgesia, sugerindo a participação de aminas simpatomiméticas. A liberação de prostaglandinas e aminas simpatomiméticas provavelmente é concomitantee possui efeito somatório, visto que a associação de AINEs e simpatolíticos aboliram a hiperalgesia induzida pelo veneno. Demonstramos que substâncias como dipirona e diclofenaco, foram capazes de reverter o quadro de hiperalgesia. E que estas substâncias agem de forma analgésica via liberação de NO, visto que as ações do diclofenaco e da dipirona foram abolidas pelo prévio tratamento com LNMMA ou azul de metileno. Possivelmente o veneno não induz a liberação de histamina, e nem a síntese de leucotrienos, visto que substâncias que inibem a ações da histamina como a meclisina e composto 48/80 e o MK886, que impede a síntese de leucotrienos foram incapazes de inibir a hiperalgesia.