Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/56023
Tipo: Tese
Título: Prospecção, síntese química e caracterização farmacológica de toxinas de peçonhas Elapidae (Micrurus lemniscatus) e Conidae sobre o sistema colinérgico
Autor(es): Marcela Cristine Silva
Primeiro Orientador: Maria Elena de Lima Perez Garcia
Primeiro membro da banca : Célio José Castro Júnior
Segundo membro da banca: Lígia Araújo Naves Kushmerick
Terceiro membro da banca: Thiago Verano Braga
Resumo: Os venenos animais passaram por grande pressão evolutiva até atingirem seus alvos com alta afinidade e seletividade. Constituem assim, recursos ilimitados para descoberta de novas drogas. Apesar da diversidade de alvos, gostaria de destacar a transmissão colinérgica (TC). Dentre as toxinas proteicas que interferem na TC, algumas das famílias mais abundantes correspondem às three fingers (3FTxs) - presentes principalmente na peçonha das serpentes Elapidae - e as α-conotoxinas de gastrópode marinhos do gênero Conus. Dessa forma esta tese compreende uma introdução sobre o potencial das toxinas na TC e outros dois capítulos: prospecção de 3FTxs de uma espécie de cobra coral brasileira e prospecção de potenciais novas subfamílias de α-conotoxinas. Para compor a primeira parte, a peçonha de Micrurus lemniscatus foi fracionada por HPLC e a toxina Ml4 (7201,12 Da) foi selecionada e estudada em receptores muscarínicos e nicotínicos por técnicas de binding, além de quantificação de monofosfato de inositol (IP1), citotoxicidade e espectroscopia de dicroísmo circular. Ml4 apresentou atividade muscarínica M3, nicotínica (Torpedo 2α1β1δγ) e ausência de citotoxicidade. Surpreendentemente, a versão sintética de Ml4, MiLTx1, não apresentou nenhum efeito sobre a TC, mesmo em concentrações 100x maiores. Ambas toxinas compartilham da mesma sequência, massa e padrão de fragmentação, no entanto, quando co-injetadas em cromatografia de fase reversa exibem 3 min de diferença no tempo de eluição, confirmando que elas não são idênticas. Algumas hipóteses, como a presença de D-aminoácidos na sequência da Ml4 ou que a atividade colinérgica observada não provém do pico majoritário, mas de algum contaminante da toxina (grau de pureza ~98%), podem explicar os resultados contraditórios. MonoS8, fração a partir da qual Ml4 foi inicialmente purificada, apresentou atividade sobre os receptores M3 e Torpedo, o que já era esperado. Porém a resposta muscarínica observada foi de agonismo e não antagonismo, como observado anteriormente para Ml4. Após essa constatação, MonoS8 foi purificada e 6 picos / toxinas puderam ser submetidos a verificação da atividade. MonoS8 7 (6.782,7 Da) foi o único pico / toxina que competiu com o radioligante e em seguida teve sua atividade concentração-resposta confirmada. Não foi possível definir o caráter agonista / antagonista bem como a afinidade, e a concentração da toxina, devido a limitação de material. A peçonha de M. lemniscatus possui uma diversidade de toxinas 3FTxs as quais são de difícil purificação, porém evidenciamos pela primeira vez uma toxina muscarínica M3, provavelmente agonista, através da ligação direta ao receptor. Para o segundo capítulo desta tese, 18 peptídeos foram selecionados, a partir do consórcio VENOMICS, com padrão de cisteínas CC_C_C (clássico de α-conotoxinas) potencialmente ativos na TC. Os peptídeos foram sintetizados quimicamente e caracterizados quanto ao alvo farmacológico. Nenhuma das sequências apresentou atividade adrenérgica α1, muscarínica M1, ou nicotínica neuronal (α3β2, α3β4, α4β2 e a quimera α7-5HT3). Adicionalmente, a atividade dos 18 peptídeos foi avaliada sobre a junção neuromuscular de hemidiafragma de ratos, e 2 deles, potencializaram a contração enquanto outros 2 a inibiram. Dentre esses peptídeos ativos, avaliou-se a atividade nicotínica Torpedo, através de técnicas de binding e eletrofisiologia. Apenas P010378*competiu de maneira concentração dependente com o radioligante, enquanto ambos isômeros de P020581 reduziram a corrente residual de ACh, de maneira também concentração dependente, em ovócitos de Xenopus incorporados com 2α1β1δγ. Cinco das amostras iniciais mostraram atividade nicotínica muscular, apesar de não serem completamente caracterizadas. Esses estudos de prospecção abrem um enorme espaço de investigação para descobertas de novas toxinas com diferentes perfis de seletividade e interação aos receptores colinérgicos. Uma grande limitação da bioprospecção tradicional de compostos nativos, é a quantidade considerável de material necessário. Por isso os avanços tecnológicos têm contribuído significativamente para a melhoria da investigação das peçonhas e as abordagens ômicas tem um papel essencial no desenvolvimento de toxinas como ferramentas terapêuticas.
Abstract: Toxins from animal venoms went through great evolutionary pressure, which undoubtedly contributed for their high affinity and selectivity to their molecular targets. Therefore, they constitute unlimited resources for the discovery of new drug candidates. There is a diversity of possible targets for animal toxins, however here I would like to highlight the cholinergic transmission (CT). Among the protein toxins which have CT as a target, one of the most abundant families correspond to the three fingers toxins (3FTxs) - found mainly in Elapidae snake venoms - and the α-conotoxins, isolated from the venom of marine gastropod molluscs of the genus Conus. This thesis comprehends an introduction about the potential toxins which might modulate CT and 2 different chapters: prospecting of 3FTxs of a Brazilian coral snake specie and prospecting of new α-conotoxin subfamilies. Therefore, for the accomplishment of the first part of the thesis, the venom of Micrurus lemniscatus was fractioned by HPLC and Ml4 toxin (7201.12 Da) was isolated, chemically synthesized and studied on muscarinic and nicotinic receptors by binding techniques and inositol monophosphate (IP1) measurement. Ml4 demonstrated M3 muscarinic and Torpedo nicotinic activity, on the other hand it did not show any cytotoxicity. Surprisingly, the synthetic version of Ml4, MiLTx1, had no effect on CT even at concentrations 100x higher than those tested for the native toxin. Both toxins share the same sequence, mass and fragmentation pattern. However, when the native toxin and its synthetic version were coinjected in reverse phase chromatography, they exhibit 3 min difference in elution time, confirming that they are not identical. One of the hypothesis for this difference is the presence of D-aminoacids in Ml4 or that the major peak of Ml4 is not responsible for the observed cholinergic activity. Some minor contaminant, could explain this contradictory result. MonoS8, the fraction from where Ml4 was firstly purified, showed activity on M3 and Torpedo receptors, as expected. However, the observed muscarinic response was agonism and not antagonism, as previously observed for Ml4. After that, MonoS8 was purified and only 6 toxins obtained could be submitted to activity verification. MonoS8 7 (6782.7 Da) was the only peak / toxin that could compete with the radioligand and then had its concentrationresponse activity confirmed. However, agonist / antagonist character as well as the affinity and concentration of the toxin, were not possible to be determined due to the limited amount of material. The venom of M. lemniscatus has a myriad of 3FTxs toxins which are difficult to purify. However, for the first time, we have detected a M3 muscarinic, probable agonist, toxin through direct binding to the receptor. On the second chapter of this thesis, 18 peptides were selected from the VENOMICS Project, with cysteine pattern CC_C_C (classical α-conotoxins) potentially active on CT. The peptides were chemically synthesized and characterized according to its pharmacological target. None of them showed adrenergic α1, muscarinic M1, or neuronal nicotinic activities (α3β2, α3β4, α4β2 and α7-5HT3 chimera). In addition, the activity of the 18 peptides was evaluated on the neuromuscular junction of rat hemidiaphragm and our data have shown that 2 peptides potentiated and 2 inhibited the contraction. Among those active peptides, the Torpedo nicotinic activity was evaluated in isolated receptors throughbinding and electrophysiology techniques. Only P010378* competed in a concentration dependent manner with the radioligand. Furthermore, both isomers of P020581 reduced the residual current of ACh in Xenopus oocytes incorporated 2α1β1δγ receptors. Five of the initial samples showed a muscle nicotinic activity, although these toxins could not be completely characterized. Our prospecting studies highlights a promising research field for discovering new toxins with different profiles of selectivity and interaction with cholinergic receptors. A major limitation of bioprospecting native compounds is the considerable amount of material required. Therefore, technological advances have contributed significantly to the improvement of venom research, and omics approach play an essential role in the development of toxins as therapeutic tools.
Assunto: Farmacologia
Toxinas
Conotoxinas
Veneno de serpentes
Receptores colinérgicos
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Departamento: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
Curso: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Fisiologia e Farmacologia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/56023
Data do documento: 15-Dez-2017
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