Evaluación de la proteólisis en células aisladas vivas de Plasmodium falciparum aisladas durante los estadios asexuales sanguíneos / Proteolysis assessment in isolated Plasmodium falciparum living cells at the asexual blood stages

It has been demonstrated that proteases play crucial roles in Plasmodium falciparum infection and therefore have been considered as targets for the development of new therapeutic drugs. The aim of this study was to describe the specific proteolytic activity profile in all blood stages of P. falciparum isolated parasites in order to explore new antimalarial options. For this purpose, we used the fluorogenic substrate Z-Phe-Arg-MCA (Z: carbobenzoxy, MCA: 7-amino-4-methyl coumarine) and classic inhibitors for the different classes of proteolytic enzymes, such as phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), 1.10-phenantroline, pepstatin A and E64 to study the inhibition profiles. As expected, due to the high metabolic activity in mature stages, the substrate was mostly degraded in the trophozoite and schizont, with specific activities ~ 20 times higher than in early stages (merozoite/rings). The major actors in substrate hydrolysis were cysteine proteases, as confirmed by the complete hydrolysis inhibition with E64 addition. Proteolytic activity was also inhibited in the presence of PMSF in all but the schizont stage. However, PMSF inhibition was the result of unspecific interaction with cysteine proteases as demonstrated by reversion of inhibition by dithiotreitol (DTT), indicating that serine protease activity is very low or null. To our knowledge, this is the first report aiming to describe the proteolytic profile of P. falciparum isolated parasites at all the erythrocytic cycle stages. The results and protocol described herein can be useful in the elucidation of stage specific action of proteolysis-inhibiting drugs and aid in the development of antimalarial compounds with protease inhibitory activity(AU)

e ha demostrado que las proteasas desempeñan funciones vitales en la infección por Plasmodium falciparum, y por lo tanto se consideran dianas en la elaboración de nuevos medicamentos terapéuticos. El objetivo del estudio era describir el perfil de actividad proteolítica específica de todas las etapas sanguíneas de parásitos aislados de P. falciparum con vistas a explorar nuevas opciones antimaláricas. Con ese propósito, utilizamos el sustrato fluorogénico Z-Phe-Arg-AMC (Z: carbobenzoxi, AMC: 7-amino-4-metilcumarina) e inhibidores clásicos para las diferentes clases de enzimas proteolíticas, tales como el fluoruro de fenilmetilsulfonilo (PMSF), 1,10-fenantrolina, pepstatina A y E64 para estudiar los perfiles de inhibición. Como se esperaba, debido a la elevada actividad metabólica de las etapas de madurez, el sustrato fue degradado mayormente en el trofozoíto y el esquizonte, con actividad específica ~ 20 veces superior a la de las etapas tempranas (merozoíto/ anillos). Los principales actores en la hidrólisis del sustrato fueron las cisteínas proteasas, lo que fue confirmado por la inhibición completa de la hidrólisis con la adición de E64. La actividad proteolítica también fue inhibida en presencia de PMSF en todas las etapas excepto el esquizonte. Sin embargo, la inhibición del PMSF fue resultado de una interacción inespecífica con las cisteínas proteasas, según lo demuestra la reversión de la inhibición con el ditiotreitol (DTT), lo que indica que la actividad de la serina proteasa es muy baja o inexistente. Que sepamos, este es el primer informe dirigido a describir el perfil proteolítico de parásitos aislados de P. falciparum en todas las etapas del ciclo eritrocítico. Los resultados y el protocolo que aquí se describen pueden ser útiles para dilucidar la acción específica de los medicamentos inhibidores de proteólisis en cada etapa, así como contribuir al desarrollo de compuestos antimaláricos con actividad inhibidora de la proteasa(AU)

The use of Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) peptidesfor measurement of clinically important proteolytic enzymes

Proteolytic enzymes have a fundamental role in many biological processes and are associated with multiple pathological conditions. Therefore, targeting these enzymes may be important for a better understanding of their function and development of therapeutic inhibitors. Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) peptides are convenient tools for the study of peptidases specificity as they allow monitoring of the reaction on a continuous basis, providing a rapid method for the determination of enzymatic activity. Hydrolysis of a peptide bond between the donor/acceptor pair generates fluorescence that permits the measurement of the activity of nanomolar concentrations of the enzyme. The assays can be performed directly in a cuvette of the fluorimeter or adapted for determinations in a 96-well fluorescence plate reader. The synthesis of FRET peptides containing ortho-aminobenzoic acid (Abz) as fluorescent group and 2, 4-dinitrophenyl (Dnp) or N-(2, 4-dinitrophenyl)ethylenediamine (EDDnp) as quencher was optimized by our group and became an important line of research at the Department of Biophysics of the Federal University of São Paulo. Recently, Abz/Dnp FRET peptide libraries were developed allowing high-throughput screening of peptidases substrate specificity. This review presents the consolidation of our research activities undertaken between 1993 and 2008 on the synthesis of peptides and study of peptidases specificities.

As enzimas proteolíticas têm um papel fundamental em muitos processos biológicos e estão associadas a vários estados patológicos. Por isso, o estudo da especificidade das peptidases pode ser importante para uma melhor compreensão da função destas enzimas e para o desenvolvimento de inibidores. Os substratos com supressão intramolecular de fluorescência constituem uma excelente ferramenta, pois permitem o monitoramento da reação de forma contínua, proporcionando um método prático e rápido para a determinação da atividade enzimática. A hidrólise de qualquer ligação da cadeia peptídica entre o grupo doador e o grupo supressor gera fluorescência que permite detectar concentração nanomolar de enzima. Os ensaios podem ser acompanhados diretamente na cubeta ou adaptados para determinações de fluorescência em leitoras de placa. A síntese dos peptídeos com supressão intramolecular de fluorescência contendo o grupo fluorescente Abz (orto-aminobenzóico) e o grupo supressor EDDnp (N-[2, 4-dinitrofenil]-etilenodiamino ou Dnp (2, 4-dinitrophenyl) foi otimizada pelo nosso grupo e tornou-se uma importante linha de pesquisa no Departamento de Biofísica da Universidade Federal de São Paulo. Recentemente, foram desenvolvidas bibliotecas de peptídeos fluorogênico contendo Abz/Dnp como grupo doador/supressor trazendo um grande avanço no estudo de especificidade das peptidases. Esta revisão apresenta o trabalho desenvolvido pelo nosso grupo entre 1993 e 2008 sobre a síntese de peptídeos e o estudo da especificidade de peptidases.

Uso de peptídeos sintéticos para a dosagem de enzimas clinicamente importante / Use of synthetic peptideos for determination of clinically important enzymes

O trabalho aqui apresentado representa a consolidação das nossas atividades de pesquisa desenvolvidas entre 1993 e 2001 sobre síntese de peptídeos e estudo de especificidade de proteases. Durante este período instalamos e desenvolvemos metodologias modernas de síntese de peptídeos em fase sólida usando a estratégia Fmoc partindo de uma infra-estrutura que vinhamos estabelecendo desde 1980 para síntese de peptídeos em solução, voltada principalmente para o estudo de substratos e inibidores de proteases. Assim, pudemos desenvolver os seguintes temas:ò Síntese de substratos cromogênicos.ò Síntese de substratos fluorogênicos.ò Síntese de substratos de fluorescência apagada internamente.ò Síntese paralela de peptídeos em fase sólida.ò Síntese de biblioteca de peptídeos.O desenvolvimento de compostos químicos com atividades biológicas, seja mimetizando compostos naturais, seja inibindo suas atividades é o objetivo básico da área de conhecimento denominada Química Farmacêutica ou também Química Médica na língua inglesa (Medicina/ Chemistry). Esta tem sido ao longo do tempo uma ciência empírica na sua essência, embora tenha se tornado bastante sofisticada nas últimas duas décadas. Sínteses orgânicas, biotecnologia, ensaios biológicos elegantes e modelagem por computador são algumas das poderosas técnicas empregadas e que trazem elementos racionais para a pesquisa de novas drogas. O paradigma da Química Médica é descobrir compostos com atividades biológicas desejáveis, uma de cada vez, e a partir destes (compostos líderes) desenhar e ensaiar outros mais potentes e com menor toxicidade. O desenvolvimento da síntese de peptídeos propiciou avanços fundamentais nesta área.