ABSTRACT
Phylum Cnidaria comprises more than 10,000 species and around 10% of them are represented by sea anemones. These animals are underexplored sources of molecules, possessing structurally diverse toxins that can act over a diverse range of pharmacological targets, including enzymes. Sea anemones represent almost 96% of the manually annotated toxins from the phylum, but until now only 5% of its species have been studied about their toxin content. In the present work, the venoms of the sea anemones Anthopleura cascaia and Aulactinia veratra were studied and accessed through mass spectrometry analysis for searching serine peptidase inhibitors. The arsenal of toxins from both venoms was elucidated. Additionally, venom’s fractions were screened for inhibitory activity over trypsin, using time-course fluorescence-based kinetic assays or Mass spectrometry-based analysis. Beyond that, the spatial distribution of serine peptidase inhibitors in both sea anemones’ tissues were shown through Mass Spectrometry Imaging by MALDITOF. In the analysis of toxins composition, it was seen that A. cascaia venom presents at least three types of toxins: cytolysins, phospholipases and a toxin similar to natterin. For A. veratra, the classification based on blastp hit similarity and relying on domain architecture of the toxin’s sequences (translated transcripts) was performed. The thorough examination over toxins sequences led to the identification of 59 proteins and peptides belonging to 14 known toxin’s families of sea anemones and to the acknowledge of 20 peptides presenting 18 new cysteine scaffolds. The venom of this sea anemone mainly relies on neurotoxins from ShK-like, β-defensins, SCRiP, ICK, EGF-like types and on serine peptidase inhibitors from Kazal and Kunitz types. Furthermore, serine peptidase inhibitors from both venoms were isolated and present main distribution over tentacles, mesenterial filaments and pedal disc of these sea anemones, suggesting the preferential stock of these toxins. In conclusion, the methodological approaches applied in this study were able of identifying the presence of serine peptidase inhibitors on the venom and tissue of sea anemones through chromatographic techniques followed by enzymatic assays, and MALDI-Imaging.
O filo Cnidaria é composto por mais de 10.000 espécies e cerca de 10% destas são anêmonas-do-mar. Estes animais são considerados fontes subexploradas de moléculas, possuindo um diverso arsenal de toxinas que podem agir sobre diferentes alvos farmacológicos, incluindo enzimas. Toxinas de anêmonas-do-mar representam cerca de 96% das toxinas anotadas para o filo Cnidaria, embora apenas 5% de suas espécies tenham sido estudadas quanto à composição de toxinas até o momento. Neste trabalho elucidamos por espectrometria de massas a composição da peçonha das anêmonas Anthopleura cascaia e Aulactinia veratra, buscando a identificação de inibidores de serinopeptidases. O arsenal de toxinas para ambas anêmonas foi elucidado. Ainda, descrevemos as etapas de purificação envolvidas na busca de inibidores e a seleção destes candidatos por meio da inibição da atividade da tripsina, avaliada por duas técnicas distintas։ Cinética enzimática e Espectrometria de massas. Adicionalmente, descrevemos a localização de candidatos a inibidores no tecido das anêmonas através do Imageamento por espectrometria de massas. Na análise sobre a composição de toxinas destas anêmonas, vimos que a peçonha da A. cascaia apresentou a existência três tipos de toxinas incluindo citolisinas, fosfolipases e naterinas. Para a espécie A. veratra, a classificação de toxinas baseadas no blastp hit e na arquitetura de domínios das toxinas foi realizada. Esta análise revelou a presença de 59 proteínas e peptídeos pertencentes a 14 famílias de toxinas de anêmonasdo-mar; além do reconhecimento de 20 peptídeos apresentando 18 novos scaffolds de cisteínas. A peçonha desta anêmona é principalmente composto por neurotoxinas do tipo ShK-like, β-defensinas, SCRiP, ICK, EGF-like e inibidores de serinopeptidases. Os dados obtidos mostram que ambas anêmonas são ricas fontes de inibidores de serinopeptidases, especialmente tipo Kunitz e Kazal. Tais inibidores apresentam distribuição na região dos tentáculos, mesentério e disco pedal das anêmonas, o que pode indicar o estoque preferencial destas toxinas. E conclusão, o conjunto de abordagens metodológicas empregadas neste trabalho foi capaz de atender os objetivos propostos: identificar a presença de inibidores de serinopeptidases na peçonha e tecido de anêmonas, tanto por fracionamento cromatográfico seguido de ensaio enzimático, quanto por MALDI-Imaging.
