Estudos biofísicos e de atividade de peptídeos correspondentes ao N-terminal das toxinas esticolisinais I e II - contribuição para a elucidação do mecanismo de ação / Biophysical and activity studies of peptides corresponding to the N-termini of sticholysins I and II - a contribution to the elucidation of the toxins' mechanism of action

Esticolisinas I e II, citolisinas purificadas da anêmona marinha Stichodactyla helianthus, agem lisando membranas biológicas e modelo. O mecanismo de ação proposto consiste na formação de um poro toroidal com o envolvimento do domínio N-terminal. Diferentes aspectos da interação entre peptídeos derivados do N-terminal das toxinas (StI1-31 and StI12-31 SELAGTIIDGASLTFEVLDKVLGELGKVSRK, e StII1-30 and StII11-30 ALAGTIIAGASLTFQVLDKVLEELGKVSRK) com membranas modelo - micelas e bicamadas - foram estudados com o objetivo de contribuir para a elucidação do mecanismo de ação das toxinas em nível molecular. O emprego dos peptídeos teve como base a hipótese de que fragmentos proteicos podem ser capazes de mimetizar a estrutura e atividade das proteínas inteiras. O análogo contendo o aminoácido paramagnético TOAC (N-TOAC-StII11-30) também foi estudado. Estudos conformacionais foram realizados empregando-se as técnicas espectroscópicas de dicroísmo circular (CD), ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e fluorescência. Foram ainda realizados estudos de predição de estrutura e modelagem molecular. Espectros de CD mostraram que os peptídeos adquirem conformação em α-hélice ao interagir com membranas modelo, de acordo com a conformação observada nessa região para as toxinas. Variando a composição lipídica das membranas modelo estudadas, foi possível investigar a contribuição de forças eletrostáticas de de interações hidrofóbicas para a ligação do peptídeo. Ensaios de supressão de fluorescência de lípidos contendo grupamentos fluorescentes em diferentes posições pelo resíduo paramagnético TOAC e espectros de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) permitiram localizar o resíduo TOAC na interface membrana-água, corroborando o modelo proposto do poro toroidal. A análise dos espectros de CD e EPR também permitiu obter as constantes de ligação dos peptídeos com micelas e bicamadas. Os peptídeos também foram capazes de mimetizar as toxinas do ponto de vista funcional, como mostrado por testes de vazamento de carboxifluoresceína e atividade hemolítica. Peptídeos curtos, contendo partes da sequência de StII1-30, sintetizados com o objetivo de examinar uma eventual atividade antimicrobiana, demonstraram baixa atividade, bem como ausência de atividade hemolítica e de toxicidade para células humanas

Sticholysins I and II, cytolysins purified from the sea anemone Stichodactyla helianthus, act by lysing biological and model membranes. The proposed mechanism of action consists in the formation of a toroidal pore with the involvement of the N-terminal domain [1]. Different aspects of the interaction between peptides from the toxins' N-termini (StI1-31 and StI12-31 SELAGTIIDGASLTFEVLDKVLGELGKVSRK, and StII1-30 and StII11-30 ALAGTIIAGASLTFQVLDKVLEELGKVSRK) and model membranes - micelles and bilayers - have been studied to contribute to the elucidation of the toxins mechanism of action at the molecular level. The use of peptides was based on the hypothesis that potein fragments can eventually mimic the structure and activity of the whole protein. An analogue containing the paramagnetic amino acid TOAC (N-TOAC-StII11-30) was also studied. Conformational studies were performed making use of the spectroscopic techniques circular dichroism (CD), electron paramagnetic resonance (EPR), and fluorescence. Studies of structure prediction and molecular modeling were also performed. CD spectra showed that the peptides acquired α-helical conformation upon interaction with model lipid membranes, in agreement with the conformation found for these segments in the whole proteins. Making use of membranes of variable lipid composition, it was possible to assess the contribution of electrostatic and hydrophobic interactions for peptide binding. Fluorescence quenching of labeled lipids by paramagnetic TOAC and EPR spectra allowed us to locate the TOAC residue at the membrane-water interface, corroborating the proposed model of the toroidal pore. The CD and EPR studies also allowed us to obtain the binding constants for the peptide-micelle and peptide-bilayer interaction. The peptides were also capable of mimicking the toxins function, as shown by assays of carboxyfluorescein leakage and hemolytic activity. Short peptides containing parts of StII1-30's sequence were synthesized with the aim of testing their antimicrobial activity. The peptides displayed low antimicrobial activity, as well as lack of hemolytic activity and toxicity against human cells

Avaliação do efeito do ácido docosahexaenoico e de seus hidroperóxidos na oligomerização de SOD1 em um modelo da doença esclerose lateral amiotrófica / Evaluation of the effect of docosahexaenoic acid and its hydroperoxides in oligomerization of SOD1 in a model of the disease amyotrophic lateral sclerosis

A Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA) é uma doença progressiva e fatal causada pela degeneração seletiva dos neurônios motores do cérebro e medula. Dos casos familiares de ELA (fELA), 20% são causados por mutações pontuais no gene da sod1. O ácido docosahexaenoico (C22:6, n-3, DHA) é um ácido graxo altamente insaturado, sendo um dos principais ácidos graxos da massa cinzenta do cérebro. Estudos têm correlacionado mutações de SOD1 com a formação de agregados que poderiam ser induzidos por ácidos graxos insaturados. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos e mecanismos do DHA e de seus hidroperóxidos (DHAOOH) na agregação de SOD1 in vitro. As análises de dicroísmo circular (CD) mostraram mudanças na estrutura secundária de ambas as proteínas apo-SOD1WT e G93A promovidas pelo DHA, resultando em aumento de superfície hidrofóbica e formação de estruturas do tipo beta-amilóide, como mostrado pelos ensaios do bis- ANS e Tioflavina, respectivamente. Estas mudanças resultam na formação de agregados amorfos como observado por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Espécies de alto peso molecular foram observadas nas incubações do DHA com as formas apo da SOD1 por SDS-PAGE sob condições não redutoras e também por cromatografia de exclusão por tamanho. A formação dos agregados mostrou-se dependente de resíduos de Cys na sua forma desprotonada, visto que agregados não foram observados na presença de beta-mercaptoetanol e sua formação foi inibida na presença de bloqueador de tióis e em pH ácido. Além disso, análises por cromatografia de exclusão mostraram que a agregação é dependente da insaturação e conformação cis dos ácidos graxos. Comparativamente ao DHA, os hidroperóxidos do DHA tiveram um efeito menor na agregação de SOD1, porém revelaram a propriedade de induzir a dimerização covalente de SOD1. No geral, os dados mostram que o DHA induz a agregação de SOD1, através de um processo envolvendo a exposição de superfícies hidrofóbicas, formação de pontes dissulfeto e também de possíveis cross-links envolvendo reações do tipo "ene-tiol"

ALS is a progressive and fatal disease caused by selective degeneration of motor neurons in the brain and spinal cord. Twenty percent of familial ALS (fALS) cases are caused mainly by point mutations in the sod1 gene. Docosahexaenoic acid (C22:6, n-3, DHA) is a highly unsaturated fatty acid, wich is one of the main fatty acids in the cerebral gray matter. Studies have linked SOD1 mutations to the formation of aggregates that could be induced by unsaturated fatty acids. The aim of this study was to evaluate the effect of DHA on aggregation of SOD1 fALS mutants in vitro and its mechanisms. CD analysis shows changes in the secondary structure of both apo-SOD1WT and G93A promoted by DHA resulting in an increase in the surface hydrophobicity and formation of structures such as beta amyloid, which was also confirmed by bis-ANS assay and Thioflavin, respectively. These changes enhance the interaction of SOD1 and DHA, leading to amorphous aggregates as revealed by FESEM. Incubation of DHA with apo-SOD1 forms results in high-molecular weight species as detected by SDS-PAGE analyses under non-reducing conditions and also by size exclusion chromatography. This appears to require Cys residues in their thiolate forms because high aggregates are not observed under reducing conditions and also by size exclusion chromatography or at acidic pH. Also, size-exclusion chromatography indicates that the mutant apo-SOD1 aggregation is dependent on the unsaturation and cis-conformation of fatty acids. Compared to the DHA, DHAOOH had a minor effect on SOD1 aggregation, however revealed the ability to induce covalent dimerization of SOD1. Overall, the data suggest a mechanism of DHA aggregation, by a process involving exposure to hydrophobic surfaces, formation of disulfide bonds and also for possible cross-links involving reactions such "thiol-ene"