Miotoxinas 'PLA 2'D49 e K49 do veneno total de Bothrops brazili : purificação e caracterização estruturação e funcional
Salomon Huancahuire Vega
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP H86m
['PLA2 D49 and K49 mitoxins from the venom of Bothrops brazili snake]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
73 f. : il.
Orientadores: Sergio Marangoni, Luis Alberto Ponce Soto
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Resumo: As enzimas PLA2 provenientes de veneno de serpentes são intensamente estudadas devido a que os envenenamentos constituem um dos principais problemas de saúde em muitos paises. Por outro lado, estas toxinas ajudam a revelar aspectos desconhecidos da fisiologia celular e tisular. Neste...
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Resumo: As enzimas PLA2 provenientes de veneno de serpentes são intensamente estudadas devido a que os envenenamentos constituem um dos principais problemas de saúde em muitos paises. Por outro lado, estas toxinas ajudam a revelar aspectos desconhecidos da fisiologia celular e tisular. Neste trabalho, apresentamos a purificação e a caracterização bioquímica e farmacológica de duas miotoxinas fosfolipases A2: BbTX-II e BbTX-III, a partir de veneno de Bothrops brazili. As duas proteínas foram isoladas e purificadas usando um procedimento simples e rápido envolvendo duas etapas cromatográficas, exclusão molecular em Sephadex G-75 e HPLC de fase reversa (C18). A eletroforese de ambas miotoxinas mostrou massas relativas em torno de 13 e 27 kDa (para monômeros e dímeros respectivamente). Espectrometria de massa por MALDI-TOf confirmou a pureza das proteínas e mostrou que possuem massas moleculares em torno de 13,8 kDa. A análise de aminoácidos mostrou alto conteúdo de aminoácidos básicos e hidrofóbicos, assim como 14 resíduos de Cys. BbTX-III apresentou atividade PLA2 na presença de um substrato cromogênico, mostrando comportamento sigmoidal, principalmente à baixas concentrações. Atividade máxima foi alcançada em pH 8 e entre 35-45 oC. BbTX-III mostrou-se completamente dependente de Ca2+ e, na presença dos íons Mg2+, Mn2+, Cd2+ e Zn2+, a atividade enzimática foi reduzida a níveis similares aos observados na ausência de Ca2+. A análise de composição de aminoácidos mostrou alta presença de Lys, His e Arg (pI 8,46). A presença de 14 resíduos de cisteína sugere a formação de 7 pontes dissulfeto. O estudo de homologia da seqüência da PLA2 BbTX-III mostrou que existem posições extremamente conservadas nas PLA2. S(1), L(2), E(4) 7 a 10 (QMIL), Y(21). Os resíduos conservados Y(28), G(30), G(32), D(49), H(48) e Y(52) estão direta ou indiretamente ligados com a catálise. Além disso, BbTX-III apresentou algumas mutações: K(35) -> G(35), R(51) -> Y(51) e D(118) -> A(118) que estão estrategicamente posicionadas para a expressão da atividade catalítica. Apesar destas substituições, as atividades farmacológicas e a atividade catalítica são mantidas. O efeito neurotóxico de BbTX-III foi analisado in vitro na preparação neuromuscular biventer cervicis de pintainhos. O resultado mostrou que a toxina é menos potente quando comparada com venenos crotálicos. BbTX-III demonstrou efeito miotóxico local in vivo através da liberação de creatina quinase (CK) e, efeito inflamatório, através de edema de pata. Como a BbTX-III produziu forte efeito inflamatório, a hidrólise de fosfolipídios poderia ser relevante neste fenômeno. BbTX-II foi caracterizada como uma PLA2 K49 (cataliticamente inativa) em função das características físico-químicas evidenciadas: massa de 13,68 kDa, 121 resíduos de aminoácidos, caráter básico (pI 8.73) e alto grau de homologia seqüencial na sua estrutura primária, quando comparada com outras PLA2B K49 procedentes de veneno de serpentes botrópicas. O alinhamento com outras seqüências completas de PLA2 BK49 mostrou a presença de algumas mutações importantes. Assim, as substituições Y?N(27), N?P(58) e L?F(114) não modificaram os efeitos biológicos aqui estudados, revelando que poderiam estar relacionados com outras atividades. Os resíduos N(28), K(111), L(32) poderiam contribuir com a interrupção da catálise. Esta nova PLA2 K49 BbTX-II mostrou miotoxicidade local in vivo, atividade inflamatória e letalidade, corroborando que se enquadra dentro da família de proteínas PLAB2B K49. Os estudos de neurotoxicidade revelaram um efeito neurotóxico in vitro na preparação biventer cervicis de pintainho (20 µg/ml). BbTX-II e BbTX-III mostraram ser miotoxinas com atividade edematogênica e neurotóxica, independentemente de apresentarem atividade catalítica (BbTX-III) ou não (BbTX-II) Apoiando a existência de regiões moleculares distintas à catalítica responsáveis pelos efeitos farmacológicos. Os efeitos farmacológicos da toxina BbTX-III (PLA2B D49) provavelmente tenham uma estrita relação entre a atividade enzimática e a ligação da toxina com micro-domínios na membrana plasmática onde sua atividade seja maximizada e cause danos relevantes na organização da membrana. No caso da BbTX-II (PLAB2 K49) possivelmente a combinação de aminoácidos aromáticos/hidrofóbicos e positivamente carregados da região C-terminal seja a responsável de alterar a integridade da membrana plasmática.
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Abstract: The enzymes PLA2 coming of venom snake are studied intensely due to that the poisonings constitute one of the main problems of health in many countries. On the other hand, these toxins help to reveal unknown aspects of the cellular and tissue physiology. In this work, we presented the...
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Abstract: The enzymes PLA2 coming of venom snake are studied intensely due to that the poisonings constitute one of the main problems of health in many countries. On the other hand, these toxins help to reveal unknown aspects of the cellular and tissue physiology. In this work, we presented the purification and biochemical and pharmacological characterization of two myotoxic phospholipases A2: BbTX-II and BbTX-III from Bothrops brazili venom. The two proteins were isolated and purified using a simple and fast procedure involving two chromatographic steps, molecular exclusion in Sephadex G-75 and reverse-phase HPLC (C-18 column). Both myotoxins showed around 13 and 27 kDa (for monomers and dimers, respectively) relative mass. MALDI-TOf mass spectrometry confirmed the purity of the proteins showing molecular masses around 13,8 kDa. Amino acid analysis showed a high content of hydrophobic and basic amino acids as well as 14 cysteine residues. BbTX-III presented PLA2 activity in the presence of a chromogenic substrate, showing sigmoidal behavior, mainly at low concentrations. Maximum PLA2 activity was reached at pH 8 and 35-45 oC. Maximum activity required Ca2+ and, in the presence of Mg2+, Mn2+, Cd2+ and Zn2+, was reduced at similar levels as observed in the absence of Ca2+. Amino acids analysis of composition showed high presence of Lys, His and Arg (pI 8,46). The presence of 14 cystein residues suggested the formation of 7 disulfide bridges. Sequence homology of the PLA2 BbTX-III revealed positions extremely conserved in PLA2 S(1), L(2), E(4) 7 to 10 (QMIL), Y(21). The conserved residues Y(28), G(30), G(32), D(49), H(48) and Y(52) are direct or indirectly linked to the catalysis. Besides, BbTX-III presented some mutations: K(35) -> G(35), R(51) -> Y(51) and D(118) -> A(118) that are strategically positioned for the expression of catalytic activity. Despite these substitutions, the pharmacological and catalytic activities are maintained. The neurotoxic effect of BbTX-III was analyzed in vitro at chick biventer cervicis muscle preparation. Our results showed that the blockage of the muscle contraction was lower when compared with crotalic venoms. BbTX-III demonstrated in vivo myotoxic local effect through the liberation of creatine kinase (CK) and inflammatory effect through paw edema. As BbTX-III produced strong inflammatory effect, the phospholipids hydrolysis could be relevant in this phenomenon. BbTX-II was characterized as PLA2 homologous K49 (catalytically inactive), because its chemical and physical evidenced characteristics: mass of 13,68 kDa, 121 amino acids residues, basic character (pI 8.73) and high sequential homology in its primary structure, when compared with other PLA2 K49 from venom of Botrhops serpents. The alignment with other complete sequences of PLA2 homologous K49 showed the presence of some important mutations. Substitutions Y->N(27), N->P(58), and L->F(114) did not modify the biological activities here studied, revealing that it could be related to other activities. The residues N(28), K(111), L(32) could contribute with the interruption of the catalysis. This new PLA2 K49 BbTX-II showed in vivo myotoxic local effect, inflammatory and lethality activities, evidencing it was fitted to the family of proteins PLA2 K49 homologous. Beside BbTX-II revealed in vitro neurotoxyc effect at chick biventer cervicis muscle preparation (20 µg/mL). BbTX-II and BbTX-III showed to be myotoxins to activity edematogenic and neurotoxyc independently of present catalytic activity (BbTX-III) or no (BbTX-II) Supporting the existence of molecular areas different to the catalytic responsible for the pharmacological effects. The pharmacological effects of the toxin BbTX-III (PLA2 D49) they probably have a strict relationship between the enzymatic activity and binding of the toxin with micro-domains in the plasmatic membrane where the activity is maximized and cause relevant damages in the organization of the membrane. In the case of the BbTX-II (PLA2 K49) possibly the combination of amino acids aromatics/hidrophobics and positively loaded of the area C-terminal it is the responsible of altering the integrity of the plasmatic membrane.
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Salomon Huancahuire Vega
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