Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-876NDM
Tipo: Tese de Doutorado
Título: Peptídeos antimicrobianos: síntese, ensaios biológicos, estudos termodinâmicos e análise estrutural por RMN em meios biomiméticos
Autor(es): Rodrigo Moreira Verly
Primeiro Orientador: Dorila Pilo Veloso
Primeiro Coorientador: Marcelo Porto Bemquerer
Primeiro membro da banca : Luzineide Wanderley Tinoco
Segundo membro da banca: Rosemeire Brondi Alves
Terceiro membro da banca: Jose Dias de Souza Filho
Quarto membro da banca: Beatriz Simas Magalhães
Resumo: Muitos organismos empregam substâncias químicas ativas como, por exemplo, aminas, derivados de esteróides, alcalóides e peptídeos para se defender de predadores e de microrganismos patogênicos. Dentre essas substâncias químicas destacam-se os peptídeos que podem ser encontrados em uma vasta variedade de organismos, incluindo bactérias, fungos, plantas, insetos, peixes, anfíbios, aracnídeos e mamíferos. A grande maioria destes peptídeos apresenta propriedade antimicrobiana cujo mecanismo de ação não depende da interação com um receptor específico, tornando-os opções alternativas aos antibióticos disponíveis comercialmente. Entretanto, o mecanismo pelo qual peptídeos exercem sua atividade antimicrobiana ainda não é completamente definido e muitos estudos são necessários para uma maior compreensão do modo de ação destas moléculas em células bacteriana. O presente estudo teve como objetivo geral obter informações termodinâmicas e estruturais de peptídeos antimicrobianos em ambientes que mimetizam membranas biológicas, buscando contribuir para o entendimento de seus mecanismos de ação. Neste trabalho foram sintetizados por técnica manual, pela síntese em fase sólida, os peptídeos dermadistinctina K (DD K), homotarsinina (HMT-2) e LyeTx I. O peptídeo antimicrobiano DD K foi isolado previamente da pele do anfíbio Phyllomedusa distincta. O efeito do colesterol na interação do peptídeo sintético DD K com lipossomas de 1,2-dipalmitolifosfatidilcolina foi investigado por medidas de cinética de extravasamento de carboxifluoresceína (CF), espalhamento de luz dinâmica (DLS) e calorimetria de titulação isotérmica (ITC). A taxa de liberação de CF foi significativamente reduzida pela presença de colesterol. Os resultados de DLS mostraram um aumento no tamanho dos lipossomas sem colesterol quando titulados com DD K, porém a adição de colesterol reduziu o efeito de DD K no aumento do tamanho dos lipossomas. Os estudos por ITC demonstraram também que a ligação de DD K com lipossomas é significativamente afetada pelo colesterol, o que contribui para explicar a baixa atividade hemolítica do peptídeo. As preferências conformacionais de DD K foram estudadas por espectroscopia de dicroísmo circular (CD) na presença de ambientes miméticos de membranas, como trifluoroetanol/água (TFE/H2O), micelas de dodecifosfocolina (DPC) e dodecilsufato de sódio (SDS) ou lipossomas de palmitoiloleoil-fosfatidilcolina (POPC) e de palmitoil-oleoil-fosfatidilglicerol (POPG). Os resultados mostraram que o DD K apresenta uma estrutura randômica em meio aquoso, porém ao se associar à membrana adota uma conformação helicoidal. Assim, a estrutura tridimensional de DD K foi estudada na presença de micelas DPC por espectroscopia bidimensional de RMN em solução. Os resultados mostraram uma conformação -hélice anfipática a partir do sétimo resíduo e que se estende até a região C-terminal. Neste trabalho foram realizados também os estudos estruturais, termodinâmicos e biológicos comparativos entre o peptídeo antimicrobiano homotarsinina (HMT-2), isolado de anuros da espécie Phyllomedusa tarsius, e sua forma monomérica (HMT-1). O peptídeo de ocorrência natural HMT-2 mostrou-se mais ativo contra as bactérias Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa do que sua cadeia monomérica HMT-1. Os resultados termodinâmicos indicaram maior interação do peptídeo dimérico com lipossomas de POPC e POPG em relação ao peptídeo monomérico, justificando a maior atividade antimicrobiana de HMT-2. Comparações entre resultados de CD revelaram maior propensão à formação de estrutura -helicoidal de HMT-2 do que HMT-1. Os estudos detalhados das estruturas tri-dimensionais por RMN mostraram diferenças significativas na orientação das cadeias monoméricas de HMT-2 em meio aquoso e em ambiente de membrana. A estrutura mais fechada de HMT-2 em solução aquosa pode indicar um mecanismo de proteção do peptídeo frentea proteases, enquanto uma estrutura estendida, formada em micelas de DPC, leva a uma maior superfície de contato entre peptídeo e membrana. O peptídeo LyeTx I, isolado do veneno de Lycosa erythrognata, conhecida como aranha lobo, foi sintetizado para estudos de sua atividade antimicrobiana e determinação estrutural por CD e RMN. As comparações dos ensaios antimicrobianos de LyeTx I e fármacos comerciais mostraram que o peptídeo é ativo contra as bactérias Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa. Os resultados de CD mostraram que LyeTx I na presença de POPC contendo colesterol tem uma diminuição na conformação helicoidal e, juntamente com a baixa atividade hemolítica, indicam que as membranas bacterianas são alvos preferenciais em relação a membranas de vertebrados. Os resultados de RMN de LyeTx I apontam para uma pequena estruturação da região N-terminal seguida por uma -hélice do sexto resíduo até a região C-terminal amidada, o que pode favorecer a interação peptídeo-membrana.
Abstract: Many organisms employ noxious chemicals (e.g., amines, steroid derivatives, alkaloids and peptides) to defend themselves against predators and pathogenic microrganisms. Among these chemical agents stand out peptides that can be found in a wide variety of organisms including bacteria, fungi, plants, insects, fish, amphibians,arachnids and mammals. The vast majority of these peptides has antimicrobial property whose mechanism of action is independent of specific receptors and because of this, these molecules have been considered as an alternative to the available antibiotics. However, the mechanism through which peptides exert their antimicrobial activity is still not completely defined. Studies are needed to better understand the way these molecules act on bacterial cells. The present work describes the thermodynamic and structural studies of antimicrobial peptides in biomimetic environments to explain their mechanisms of interaction with bacterial membranes. In this study the peptides demadistictin K (DD K), homotarsinin (HMT-2), and LyeTx I were manually synthesized by solid phase procedure. DD K is an antimicrobial peptide which was previously isolated from skin of the amphibian Phyllomedusa distincta. The effect of cholesterol on synthetic DD K binding to phosphatidylcholine liposomes was investigated by measurements of kinetics of carboxyfluorescein (CF) leakage, dynamic light scattering (DLS) and isothermal titration microcalorimetry (ITC). The rate and the extent of CF release were significantly reduced by the presence of cholesterol. DLS showed that the liposome size increases when titrated with DD K but addition of cholesterol reduces the liposome size increments. ITC studies also showed that DD K binding to phosphatidylcholine liposomes is significantly affected by cholesterol which contributes to explain the low hemolytic activity of the peptide. The structural alterations of DD K were first investigated in the presence of membranes, micelles or in membrane-mimetic environments using circular dichroism (CD) spectroscopy. The DD K peptide clearly associates with membrane and adopts a high degree of helical conformation. Thus DDK conformation was studied in the presence of DPC micelles by bidimensional NMR spectroscopy in solution. These results indicate an amphipathic -helical conformation in membrane environments starting at residue 7 and extending to the C-terminal carboxyamide. In this work it was also carried out structural, thermodynamic and biological studies of the antimicrobial peptide homotarsinin (HMT-2), isolated from frog species Phyllomedusa tarsius, and its monomeric chain (HMT-1). The natural peptide HMT-2 was more active against the bacteria Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa than the monomeric form HMT-1. The results indicated greater thermodynamic interaction of the dimeric peptide with POPC and POPG liposomes in relation to the monomeric peptide, corroborating the higher antimicrobial activity observed on HMT-2. The analysis of the CD results showed that HMT-2 has a higher propensity to adopt -helical conformation in comparison to HMT-1. Detailed studies of three-dimensional structures by NMR showed significant differences in the orientation of each monomeric chain of HMT-2 in aqueous and membrane environment. Whereas a more closed structure of HMT-2 in aqueous solution may indicate a protection mechanism of the peptide to proteases, a more opened structure is formed in DPC micelles, leading to greater surface contact between peptide and membrane. LyeTx I is a peptide isolated from the venom of Lycosa erythrognatha, also known as wolf spider, and in this work its antimicrobial activity and structural profile were investigated through CD and NMR techniques. Comparisons among LyeTx I and commercial drugs showed to be active against bacteria (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). The CD results showed LyeTx I in presence of POPC containing cholesterol has a decrease in helical corformation content, and along with the observed low hemolytic activity in other studies, these results indicate that bacterial membranes seem to be the preferential targets rather than vertebrate membranes. The secondary structure of LyeTx I has shown a small randomcoil region at the N-terminus followed by an -helix that reached the amidated C-terminus, which might favour the peptide-membrane interaction.
Assunto: Peptidios Sintese
Sequencia de aminoacidos
Química orgânica
Produtos de ação antimicrobiana
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-876NDM
Data do documento: 25-Mai-2010
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