Lunatinas: um estudo da relação estrutura-função de peptídeos bioativos multifuncionais
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Primeiro orientador
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Rafaela Salgado Ferreira
Adolfo Henrique Moraes
Rodrigo Moreira Verly
Marcelo Porto Bemquerer
Adolfo Henrique Moraes
Rodrigo Moreira Verly
Marcelo Porto Bemquerer
Resumo
As Lunatinas são uma família de peptídeos encontrados no veneno do escorpião Hadruroides lunatus, conhecidos por suas diversas atividades biológicas, incluindo ação antimicrobiana, antitumoral e inibição de fosfatases. Entre essas, a Lunatina-1 (L1) se destaca como um peptídeo hidrofóbico de treze resíduos, notável por suas atividades antimicrobianas, de penetração celular e antitumorais. Esta tese aprofundou a compreensão das relações entre a estrutura tridimensional adotada pelo peptídeo e suas múltiplas funções biológicas. Foi observada uma similaridade de sequência de 70-85% do peptídeo L1 com os peptídeos das famílias Temporinas, Maximinas e Caeruleina, os quais são conhecidamente antimicrobianos. Testes de viabilidade celular em linhagens NHDF e células HL-60 demonstraram que a substituição glicina-4-alanina (L1-G4A) aumentou as atividades antitumorais e citotóxicas, enquanto a substituição lisina-7-alanina (L1-K7A) resultou em perda da atividade antitumoral, sem alterar o perfil de atividade do peptídeos L1 nas células NHDF. Outros análogos mostraram redução de 25-75% na atividade antitumoral. Ademais, análogos citotóxicos foram obtidos para a NHDF, com destaque para L1-T8A. Sendo assim, escolhemos três análogos com comportamentos diversos para avaliar a relação estrutura-função por meio da ressonância magnética nuclear (RMN) em diferentes meios miméticos membranares. Enquanto a L1 apresentou uma conformação parcialmente helicoidal com extremidade N-terminal desenovelada, a L1-G4A exibiu uma estrutura α-helical enovelada, em ambos os meios miméticos. O L1-T8A revelou enovelamento α-helical com extremo N-terminal possivelmente menos flexível. Já o análogo L1-F12A mostrou-se com maior anfipaticidade e estabilidade estrutural, embora tenha apresentado redução na atividade antitumoral. Estes resultados destacam a importância do arranjo dos resíduos e da estrutura na atividade de peptídeos bioativos, bem como no processo de desenho racional de novos peptídeos. Essas descobertas têm implicações promissoras no desenvolvimento de peptídeos bioativos com atividades direcionadas e específicas para os alvos desejados.
Abstract
Lunatins are a family of peptides found in the venom of the scorpion Hadruroides lunatus, known for their various biological activities, including antimicrobial action, antitumor effects, and phosphatase inhibition. Among them, Lunatin-1 (L1) stands out as a hydrophobic peptide consisting of thirteen residues, notable for its antimicrobial, cell-penetrating, and antitumor activities. This thesis deepened the understanding of the relationships between the three-dimensional structure adopted by the peptide and its multiple biological functions. A sequence similarity of 70-85% was observed between the L1 peptide and peptides from the Temporin, Maximin, and Caerulein families, which are known to be antimicrobial. Cell viability tests on NHDF and HL-60 cell lines demonstrated that the substitution of glycine-4-alanine (L1-G4A) increased antitumor and cytotoxic activities, while the substitution of lysine-7-alanine (L1-K7A) resulted in loss of antitumor activity, without altering the activity profile of L1 peptide in NHDF cells. Other analogs showed a reduction of 25-75% in antitumor activity. Additionally, cytotoxic analogs were obtained for NHDF, with L1-T8A standing out. Therefore, we chose three analogs with diverse behaviors to evaluate the structure-function relationship through nuclear magnetic resonance (NMR) in different membrane-mimetic environments. While L1 presented a partially helical conformation with an uncoiled N-terminal end, L1-G4A exhibited a coiled α-helical structure in both mimetic environments. L1-T8A revealed α-helical coiling with a possibly less flexible N-terminal end. On the other hand, the L1-F12A analog showed greater amphipathicity and structural stability, although it exhibited a reduction in antitumor activity. These results highlight the importance of residue arrangement and structure in the activity of bioactive peptides, as well as in the rational design process of new peptides. These findings have promising implications in the development of bioactive peptides with targeted and specific activities for desired targets.
Assunto
Bioquímica e imunologia, Venenos de Escorpião, Peptídeos bioativos
Palavras-chave
Lunatinas, peptídeos bioativos, estrutura-função, desenho racional de peptídeos
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