Os hormônios peptídicos Angiotensina II (Ang II) e bradicinina (BK) ativam transdução de sinal através da ligação a Receptores Acoplados a Proteínas G (GPCR). Este trabalho propõe o estudo de propriedades conformacionais, através de espectroscopia de fluorescência da Ang II e BK e de seus análogos contendo o marcador de spin ácido 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil-4-amino-4-carboxílico, TOAC (TOAC1-Ang II, TOAC3-Ang II, TOAC0-BK, TOAC3-BK). Os peptídeos foram estudados em solução (efeito do pH) e também na presença de membranas modelo, micelas e bicamadas, formadas por anfifílicos zwitteriônicos ou aniônicos. Foi monitorada a fluorescência intrínseca dos resíduos aromáticos (Tyr4 na Ang II e Phe5 e Phe8 na BK). O efeito de supressão da fluorescência pelo TOAC foi utilizado para obter informação sobre a proximidade desse resíduo aos grupos fluoróforos. Foi observada dependência da fluorescência com o pH e regiões de pKs dos grupamentos ionizáveis. Os espectros evidenciaram também a interação peptídeo-membrana modelo. Interações mais fortes ocorreram entre os peptídeos e membranas com carga superficial negativa, evidenciando a importância de interações eletrostáticas para a ligação. Porém, interações hidrofóbicas também estão envolvidas, como verificado pela ligação dos peptídeos a membranas zwitteriônicas. Estudos com variação de pH também mostraram o papel dessa variável na interação peptídeo-membrana e a alteração de pKs de resíduos ionizáveis decorrentes da interação. A titulação com concentrações crescentes de membranas permitiu o cálculo das constantes de associação. A ligação a membranas é função da conformação dos peptídeos. Em particular, a presença de TOAC na posição 3 parece diminuir a afinidade desses análogos por membranas. Supressão de fluorescência foi efetuada empregando três diferentes abordagens: 1) supressão pela molécula aquossolúvel acrilamida, 2) supressão da fluorescência de fosfolipídeos contendo o fluoróforo NBD em diferentes posições da molécula pelos análogos marcados com TOAC, 3) supressão da fluorescência dos peptídeos por ésteres metílicos do ácido esteárico contendo o grupamento nitróxido em diferentes posições da cadeia. Esses estudos permitiram determinar a localização dos peptídeos na interface água-membrana. Medidas de anisotropia de fluorescência também evidenciaram a ligação dos peptídeos a membranas, revelando maior imobilidade dos mesmos nessas condições. Foi ainda estudado um peptídeo que contém os resíduos 92-100 (fEL1) do receptor AT1 de Ang II humano. Predições baseadas na estrutura cristalina da rodopsina estimam que essa seqüência localiza-se na primeira alça extra-celular do receptor. A seqüência contém a Tyr92, considerada um resíduo importante para a ligação hormônio-receptor. Resultados preliminares sugeriram que fEL1 interage com Ang II e TOAC1-Ang II, mas não com TOAC3-Ang II. Este último resultado provavelmente deve-se à dobra causada por TOAC que restringe a liberdade de movimento do esqueleto peptídico. Essa característica provavelmente determina a falta de atividade biológica de TOAC3-Ang II e TOAC3-BK, enquanto os análogos marcados no N-terminal retém atividade parcial (Nakaie et al., 2002). Tem sido proposto que peptídeos ligantes de GPCR se ligariam à bicamada lipídica e atingiriam seu receptor através da difusão pela bicamada. Em solução aquosa essas moléculas são flexíveis, existindo um equilíbrio dinâmico entre várias conformações. A ligação à bicamada lipídica estabilizaria uma ou algumas conformações, entre elas aquela que o ligante adota ao ligar-se ao receptor. O presente estudo contribui para a compreensão, a nível molecular, do processo de interação entre os hormônios peptídicos e membranas lipídicas. / The peptide hormones Angiotensin II (Ang II) and bradykinin (BK) trigger signal transduction by binding to G Protein Coupled Receptors (GPCR). This work proposes the study of conformational properties of Ang II and BK, as well as their analogues containing the spin label 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid, TOAC (TOAC1-Ang II, TOAC3-Ang II, TOAC0-BK, TOAC3-BK) making use of fluorescence spectroscopy. Studies were performed in solution (effect of pH) and also of the interaction between the peptides and model membranes - micelles and bilayers - formed by amphiphiles, either zwitterionic or negatively charged. The intrinsic fluorescence of aromatic residues (Tyr4 in Ang II and Phe5 and Phe8 in BK) was monitored. Fluorescence quenching by the TOAC-carrying analogues provided information about the proximity between TOAC and the fluorophores. The fluorescence was pH-dependent and evinced regions corresponding to pKs of ionizable groups. Peptide-model membrane interactions were also examined. Stronger interactions were detected between the peptides and membranes formed by negatively charged amphiphiles, pointing to the importance of electrostatic interactions for binding. However, hydrophobic interactions were also involved, as suggested by the fact that the peptides also bound to zwitterionic membranes. Variable pH studies showed the effect of this parameter on peptide-membrane interaction. The peptide-membrane interactions promoted changes in the pKs of ionizable residues. Titrations with increasing membrane concentrations allowed calculation of binding constants. Binding to membranes is a function of peptide conformation. In particular, TOAC at position 3 seems to decrease the affinity of both Ang II and BK for membranes. Fluorescence quenching studies made use of three different approaches: 1) quenching by water soluble acrylamide, 2) quenching of the fluorescence of phospholipids carrying the fluorescent group NBD in different positions by the spin-labeled TOAC-bearing analogues, 3) quenching of the peptides fluorescence by methyl esters of stearic acid containing the nitroxide moiety at different positions in the acyl chain. These studies indicated that the peptides are located at the water-membrane interface. Measurements of fluorescence anisotropy also evinced binding of the peptides to the membranes and showed that the peptides undergo more restricted motion under these conditions. A peptide containing residues 92-100 (fEL1) of the Ang II AT1 human receptor was also studied. Predictions based on rhodopsin crystalline structure estimate that this sequence is located in the receptor´s first extra-cellular loop. Preliminary results suggest that fEL1 interacts with Ang II and TOAC1-Ang II, but not TOAC3-Ang II. This latter result is probably due to the TOAC-induced bend that restricts the freedom of motion of the peptide backbone. This feature is probably the cause of lack of biological activity of TOAC3-Ang II and TOAC3-BK, while the N-terminally labeled analogues retain partial activity (Nakaie et al., 2002). GPCR-binding peptides have been proposed to bind to the lipid bilayer and reach their receptors by diffusion in the bilayer. In aqueous solution these molecules exist as a dynamic equilibrium between various flexible conformations, among them, the receptor-bound conformation. The present study provides contributions for the understanding, at the molecular level, of the interaction between the peptide hormones and lipid membranes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-17082007-133117 |
| Date | 31 May 2007 |
| Creators | Nélida Simona Marín Huachaca |
| Contributors | Shirley Schreier, Fábio Ceneviva Lacerda de Almeida, Iolanda Midea Cuccovia, Shaker Chuck Farah, Amando Siuiti Ito |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências Biológicas (Bioquímica), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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