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Type: Tese de Doutorado
Title: Clonagem e expressão heteróloga de PnTx2-6, uma toxina ativa na função erétil: obtenção e caracterização parcial de seus mutantes
Authors: Fernanda Silva Torres
First Advisor: Maria Elena de Lima Perez Garcia
First Co-advisor: Marcelo Ribeiro Vasconcelos Diniz
First Referee: Marcelo Ribeiro Vasconcelos Diniz
Second Referee: Suely Gomes de Figueiredo
Third Referee: Joaquim Coutinho Netto
metadata.dc.contributor.referee4: Gloria Regina Franco
metadata.dc.contributor.referee5: Andre Ricardo Massensini
Abstract: A peçonha da aranha brasileira Phoneutria nigriventer, conhecida popularmente como armadeira, é composta por diversas toxinas ativas em canais iônicos e outros receptores de mamíferos e insetos. Os envenenamentos envolvendo seres humanos são caracterizados por vários sintomas, incluindo neurotoxicidade, dor intensa, sudorese, agitação, salivação, priapismo, perturbações cardíacas, como taquicardia, arritmia e morte. Priapismo é uma ereção dolorosa e involuntária do pênis, também verificada na presença das toxinas purificadas, PnTx2-5 e PnTx2-6. Estudos eletrofisiológicos mostraram que estas toxinas deslocam a corrente de inativação de canais para sódio para potenciais hiperpolarizantes. Nosso grupo vem estudando o efeito da toxina PnTx2-6 na função erétil de ratos e camUongos. O tratamento com esta toxina potenciou a função erétil de ratos normotensos e reverteu total ou parcialmente, a disfunção erétil de ratos hipertensos DOCA-sal, e de camUongos idosos e diabéticos. O seu efeito mostrou-se ser mediado pelo NO, que aumenta na presença desta molécula. Estes resultados sugerem que a PnTx2-6 pode ser uma importante ferramenta para o desenvolvimento de novos agentes farmacológicos para o tratamento de disfunção erétil. Esta toxina é produzida em baixa quantidade na glândula de peçonha da aranha e isto é um fator limitante para estes estudos. Desta forma, houve um grande interesse na produção da proteína recombinante, de modo a provê-la para uma ampla investigação. Neste estudo, a região codificadora da toxina PnTx2-6 foi clonada e expressa como uma proteína de fusão à tiorredoxina, no citoplasma de E. coli. Após purificações e clivagens, testes in vivo indicam que a toxina recombinante apresenta atividade similar à toxina nativa e análises de Western-Blot revelaram que anticorpos anti-peçonha de Phoneutria nigriventer foram reativos contra esta molécula. O efeito da rPnTx2-6 na função erétil foi avaliado através de mudanças na razão entre a pressão intracavernosal e pressão arterial média (PIC/PAM) sob estimulação elétrica do gânglio pélvico maior de ratos normotensos. Injeções subcutâneas de rPnTx2-6 (12g/kg), como verificado para a toxina nativa, potenciaram a relação PIC/PAM sob estimulação gangliônica. A proteína de fusão recombinante foi efetiva, por sua vez, aumentando a liberação de glutamato em sinaptosomas cérebro-corticais de rato. Obtivemos também mutantes da toxina recombinante, visando-se verificar o papel chave de certos resíduos de aminoácidos para a ação desta toxina, conforme previsto por estudos prévios de modelagem molecular. Os mutantes foram construídos por síntese in vitro usando-se iniciadores específicos que continham em seus flancos as regiões de mutação. O vetor recombinante pET32c (+)-PnTx2-6, anteriormente clonado, foi usado como um molde para as mutações. Os plasmídeos mutantes foram transformados em E. coli, sequenciadas e expressas como proteínas de fusão à tiorredoxina. Estas foram purificadas (por cromatografia de afinidade e gel filtração). Até o momento, 6 mutantes foram idealizados (Y35N; Y35A; W37L; W37A; Y35NW37L; Y35AW37A), dois quais 5 foram sequenciados (Y35N; Y35A; W37L; W37A; Y35AW37A) purificados e suas massas moleculares foram determinadas. Em comparação com a toxina nativa e a proteína de fusão recombinante, as proteínas de fusão mutantes foram testadas quanto à liberação de glutamato e foram menos ativas. Em conclusão, neste trabalho expressaram-se rPnTx2-6 e alguns de seus mutantes (Y35N; Y35A; W37L; W37A; Y35AW37A), evidenciando-se o papel chave de alguns de seus resíduos de aminoácidos implicados na atividade biológica desta toxina.
Abstract: The venom of Brazilian armed spider, Phoneutria nigriventer, contains several toxins; many of them are active on ion channels and other receptors of mammals and insects. Accidents involving humans are characterized by various symptoms including: neurotoxicity, intense pain, sudoresis, agitation, salivation, priapism, cardiac perturbations characterized by tachycardia, arrhythmia and death. Priapism is a painful and involuntary erection of the penis that is also induced by the purified toxins PnTx2-5 and PnTx2-6. In addition, electrophysiological studies have shown that these toxins slow down the inactivation current of sodium channels. Our group has studied the effects of PnTx2-6 in erectile function of rats and mice. It has shown that PnTx2-6 potentiates the erectile function in normotensive rats and fully or partially restored the erectile function of DOCA-salt hypertensive rats, stz-diabetics and old mice. The effects of PnTx2-6 on erectile function are shown to be mediated by NO that increases in the presence of this toxin. These results suggest that PnTx2-6 could be an important tool for the development of new pharmacological agents for the treatment of erectile dysfunction. As the toxin is produced in low quantity in the spiders venom gland, this is a limiting factor for studies. Therefore, the recombinant production of this toxin is of great interest providing it to a range of experimental approaches. In this study, the encoding region of the PnTx2-6 toxin was cloned and expressed as thioredoxin fusion protein in the cytoplasm of E. coli. After purification and cleavage, tests in vivo indicated that the recombinant toxin presents activity similar to that of the native toxin and the Western-Blotting analysis revealed that the anti-venom antibody of Phoneutria nigriventer is reactive against recombinant toxin. The effect of rPnTx2-6 in the erection function was evaluated through changes in intracavernosal pressure/mean arterial pressure ratio (ICP/MAP) during electrical stimulation of the major pelvic ganglion of normotensive rats. Subcutaneous injection of rPnTx2-6 (12g/kg), as the natural peptide, potentiated the ICP/MAP induced by ganglionic stimulation. The rPnTx2-6 fusion protein increased the glutamate release by cortical synaptosomes in the rat brain. We also obtained mutant fusion proteins to check for the key role of certain amino acid residues in the toxin action, as previously suggested by molecular modeling. The mutants were constructed from in vitro synthesis by using specific primers that flanked the regions of mutations. The recombinant vector pET32c(+)-PnTx2-6, previously cloned, was used as a template for mutations. The mutant plamids were transformed in E. coli, sequenced, and expressed as thioredoxin fusion proteins. The mutant fusion proteins were purified (affinity and gel filtration chromatographies). To date, six mutants were idealized (Y35N; Y35A; W37L; W37A; Y35NW37L; Y35AW37A). Five (Y35N; Y35A; W37L; W37A; Y35AW37A) were sequenced (DNA), purified, and their molecular masses were determined. The mutant fusion proteins, comparative with native toxin and recombinant fusion proteins, were tested for their effect on glutamate release. All the mutants were less effective in releasing glutamate compared to the native toxin PnTx2-6 and recombinant fusion protein rPnTx2-6. In conclusion,we expressed the rPnTx2-6 active and some of its mutants (Y35N; Y35A; W37L; W37A; Y35AW37A) evidencing the key role of some amino acid residues implied in the biological activity of this toxin.
Subject: Bioquímica
Toxinas Aplicações científicas
Escherichia coli
Ácido glutâmico
Toxinas recombinantes
Penis Ereção
Mutação (Biologia)
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8VQHHU
Issue Date: 26-Aug-2011
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