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Orientador: Sergio Marangoni Tese (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Enquanto estudos estruturais de toxinas de veneno de serpentes são feitos usando amostras de veneno, a construção de cDNAs precursores destas toxinas requer o sacrifício do espécime para a extração da glândula de veneno. No presente trabalho nós descrevemos uma técnica simples para isolar mRNAs presentes em amostras de veneno total. Para ilustrar esta técnica nós amplificamos através de RT-PCR um cDNA que codifica uma PLA2 049 (F6) do complexo crotoxina neurotóxica "in vitro" a partir do veneno total da sub espécie Crotalus durissus collilineatus. Estes achados implicam que a aparente ausência do mRNA em matrizes biológicas complexas não são sempre reais e facilitam a maneira de aquisição acelerada de dados micro evolutivos assim como de estrutura-função desta família de proteínas para serem utilizadas como ferramentas moleculares, sem o sacrifício do animal. O cONA que codifica PLA2 F6 do complexo crotoxina presente no veneno total da sub espécie Crotalus durissus collilineatus foi seqüenciada. A seqüência deduzida de aminoácidos deste cDNA codifica a PLA2 (F6) com alto grau de homologia seqüencial desta família de proteínas PLA2 do grupo 11, incluindo os 14 resíduos de cisteina capazes de dar forma a sete ligações dissulfeto que caracterizam este grupo de PLA2. A PLA2, foi isolada a partir do veneno total da sub espécie Crotalus durissus collilineatus através de coluna de cromatografia convencional de baixa pressão (8ephades G75) e por HPLC fase reversa. A massa molecular foi estimada por espectrometria de massa por MALDI - TOF. Para a identificação desta PLA2 (F6) como uma neurotoxina "in vitro", nós usamos a preparação biventer cervicis de pintainho. A análise filogenética da PLA2 (F6) da sub espécie Crotalus durissus collilineatus mostrou que os subtipos estruturais de N6-PLA2s com a substituição F24 ou 824 evoluíram paralelamente, possivelmente descendendo respectivamente das Protobothrops e a Gloydius dos dias de hoje Abstract: While structural studies of snake venom toxins can be achieved using venom samples, until now the construction of precursor cDNAs required sacrifice of the specimen for dissection of the venom glands. Here we describe a simple and rapid technique that isolation mRNAs present in whole venom samples. To iIIustrate the technique we have RT-PCR amplified the cDNA that it codifies a "in vitro" neurotoxic protein PLA2 049 (F6) from crotoxin complex, from the venom of snake sub specie, Crotalus durissus collilineatus. These findings imply that the apparent absence of mRNA in complex biological matrices is not always real and paves the way for accelerated acquisition of micro evolution as well as of structure-function of this protein family being used as molecular tools, without sacrifice of animal. The cDNA encoding PLA2 F6 from crotoxin complex in the whole venom of sub specie Crotalus durissus collilineatus venom was sequenced. The deduced amino acid sequence of this cDNA encoded PLA2 (F6) with high overall sequence identity of this protein family to the group 11 PLA2, including the 14 cysteine residues capable of forming seven disulphide bonds that characterize this group of PLA2 enzymes. The PLA2, were isolated from the whole venom of sub specie Crotalus durissus collilineatus by the conventional and low pressure chromatography (8ephades G75) column and the reverse phase HPLC. The molecular mass estimated by MALDI-TOF mass spectrometry. For the identified this PLA2 F6 like as a "in vitro" neurotoxin, we use the neuromuscular blocking activities were assayed with the chick biventer cervicis neuromuscular tissue. The sub specie' s Crotalus durissus collilineatus PLA2 (F6) phylogeny analysis showed that two structural subtypes of N6-PLA2s with either F24 or 824 substitution have been evolved in parallel, possibly descended respectively from species related to present-day Protobothrops and Gloydius Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Sergio Marangoni Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Através de metodologias otimizadas de purificação em HPLC, foram purificadas novas toxinas a partir do veneno total de Crotalus durissus collilineatus (V-1), Bothrops jararacussus PLA2 D49 Bj-V (isoforma de Bj-IV) obtida da fração BthTX-II e Bothrops alternatus PLA2 K49 Bt II-2; com um alto grau de pureza e homogeneidade molecular, sem perda da atividade biológica. A nova neurotoxina V-1 de Crotalus durissus collilineatus caracterizada físico-quimicamente como desprovida de atividade catalítica, ácida e com uma massa molecular de 9859.45 Da, uma única cadeia polipeptídica, induz uma facilitação contínua no modelo biológico nervo frênico diafragma isolado de camundongo e uma facilitação pronunciada seguida de um bloqueio súbito em biventer cervicis de pintainho, na junção neuromuscular. Os estudos estruturais, neurotóxicos e miotóxicos da PLA2 F6 do complexo crotoxina de Crotalus durissus collilineatus mostram que a PLA2 F6 precisa da crotapotina (estudos de re-associação) para potencializar seu efeito neurotóxico na preparação nervo frênico diafragma isolado de camundongo, mas a PLA2 F6 é capaz de induzir neurotoxicidade in vitro na ausência de crotapotina na preparação biventer cervicis de pintainho. Foram purificadas, a partir da fração BthTX-II, duas PLA2 D49 Bj-IV e V, sendo consideradas como isoformas devido ao fato de que compartilham de várias características físico-químicas, tais como: massa molecular, tempo de retenção na re-purificação em HPLC de fase reversa, análise de composição de aminoácidos, pI e estrutura primária, embora a isoforma Bj-V apresente algumas mutações com respeito à isoforma Bj-IV: W3 -> F3, Q4 -> E4, F5 -> W5, I16 -> N16 e G41 -> 41D; importantes para a atividade catalítica, os efeitos neurotóxicos in vitro foram mantidos e, quando foram inibidas cataliticamente por crotapotinas crotálicas de Crotalus durissus collilineatus (F3 e F4), continuaram diminuindo a resposta contrátil na junção neuromuscular nas preparações nervo frênico diafragma isolado de camundongo e biventer cervicis de pintainho, mostrando que são mais pronunciadas no músculo esquelético de camundongo. A nova toxina Bt II-2 purificada, com um alto grau de pureza e homogeneidade molecular, do veneno de Bothrops alternatus, foi caracterizada como uma PLA2 básica K49, em função das características físico-químicas, evidenciadas: massa de 13898.71 Da, possui caráter básico e uma alta homologia seqüencial na sua estrutura primária, quando comparada com outras PLA2 K49 procedentes de veneno de serpentes.Essa nova PLA2 K49 Bt II-2 revelou um potente efeito neurotóxico in vitro na preparação nervo frênico diafragma isolado de camundongo (1 µg/mL) pré-sináptico, como foi mostrado nos estudos de estímulo indireto via nervo e potencial de membrana ou repouso, diferentemente de qualquer PLA2 neurotóxica botrópica que, para causar um efeito neurotóxico, precisa de dosagem acima de 50 µg/mL. Outros perfis biológicos foram estudados para a Bt II-2, que mostrou uma miotoxicidade local ¿in vivo¿, citotoxicidade em mioblastos e miotubos C2C12, atividade inflamatória e letalidade, corroborando que se enquadra dentro da família de proteínas PLA2 homólogas K49, mas com características únicas nos estudos de neurotoxicidade in vitro. A reprodutibilidade da atividade biológica, através dos efeitos farmacológicos, só é possível com a utilização de frações quimicamente homogêneas que mantenham a integridade da função biológica. Essas frações são obtidas com metodologias de alta eficiência: HPLC, LC, espectrometria de massa, cujos resultados podem ser associados com sua atividade biológica, eliminando a subjetividade causada por veneno total ou frações impuras. Essa abordagem pode ser aplicada nos estudos bioquímicos, estrutura-função, fisiológicos e farmacológicos, podendo revelar mecanismos ainda desconhecidos na relação estrutura-função das PLA2 procedentes de veneno de serpentes. A presença de um sítio farmacológico distinto do sítio catalítico presente nas PLA2 pode ser usada como ferramenta molecular para o reconhecimento dos receptores de membrana desconhecidos em células ou tecidos Abstract: Through optimized methodologies of purification in HPLC, new toxins were purified from total venom of Crotalus durissus collilineatus (V-1), Bothrops jararacussus PLA2 D49 Bj-V (Bj-IV isoform) obtained from the fraction BthTX-II and Bothrops alternatus PLA2 K49 Bt II-2; with a high level of purity and molecular homogeneity, with no loss of biological activity. The new neurotoxin V-1 of Crotalus durissus collilineatus, chemically and physically characterized as unproved of catalytic, acid activity and with a molecular mass of 9859.45 Da, an only polypeptide sequence, induces to a continual facilitation in the biological isolated mouse phrenic nerve diaphragm model of mouse and a pronunciated facility of a subital block in chick biventer cervicis preparation en, in the neuromuscular junction. The structural, neurotoxic and miotoxic studies on PLA2 F6 from crotoxin complex of Crotalus durissus collineatus show crotapotin is necessary (re-association studies) to increase its neurotoxic effect in nerve phrenic diaphragm isolated preparation of mouse, but the PLA2 F6 is able to induce neurotoxity in vitro in ausency of crotopatin in the preparation chick biventer cervicis. Two PLA2 D49 Bj-IV and V were purified from the fraction BthTX-II and considered isoform because they share several chemical and physical characteristics, such as molecular mass, retention time in re-purification in reverse phase HPLC, analyses of amino acid composition, pI and primary structure, although the Bj-V isoform shows some mutations regarding Bj-IV: W3 -> F3, Q4 -> E4, F5 -> W5, I16 -> N16 e G41 -> 41D isoform. Important for the catalytic activity, neurotoxic in vitro effects were maintained and, when catalytically inhibited by crotapotin crotalic of Crotalus durissus collilineatus (F3 e F4), they continued dimishing the contractile reply in neuromuscular junction in nerve phrenic diaphragm isolated preparations of mouse and preparation chick biventer cervicis, which shows they are more pronunciated in the skeleton muscle of the mouse. The new and purified BtII-2 toxin of venom of Bothrops alternatus, with a high level of purity and molecular homogeneity, was characterized as a PLA2 basic K49, because its chemical and physical evidenced characteristics, mass of 13898.71 Da, basic character and a high sequential homology in its primary structure, when it is compared with other PLA2 K49 from venom of serpents. This new PLA2 K49 Bt II-2 has revealed a potent neurotoxic effect in vitro in neuromuscular junction in nerve phrenic diaphragm isolated preparation of mouse (1 µg/mL) ante-synaptic, as it was proved by studies on indirect stimulus through nerve and potential of membrane or rest, differently of some neurotoxic botropic PLA2 that needs a dose above 50 µg/mL to cause a neurotoxic effect. Other biological profiles were studied for the Bt II-2, and the conclusion was a local myotoxic ¿living¿, a cytotoxic in myoblasts and myotubes C2C12, imflammatory and letality activity, showing they are fitted in the family of proteins PLA2 homologous K49, but with particular characteristics in studies on neurotoxic in vitro. The reprodubility of biological activity, through pharmacological effects, is just possible with the utilization of chemically homogenous fractions that maintain the integrity of biological function. These fractions were obtained with high efficient methodologies as HPLC, LC, and mass spectrometry, whose results may be associated with their biological activities, eliminating the subjectivity caused by total venom or impure fractions. This approximation may be applied in the biochemical studies, structure-function, physiological and pharmacological, and it may reveal still unknown mechanisms in the relation structure-function of PLA2 from the venom of serpents. The presence of a pharmacological site different of the catalytic one in the PLA2 may be used as a molecular instrument to the recognition of the receptors of unknown membranes in cells or tissues Doutorado Bioquímica Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Sergio Marangoni, Luis Alberto Ponce Soto Dissertação ( mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Os venenos de serpentes contêm uma variedade de proteínas que são estudadas no mundo pela importância biológica e farmacológica. Dentro de sua complexa composição, o veneno apresenta enzimas proteases, como as metaloproteases e serinoproteases que estão envolvidas em distúrbios hemostáticos e coagulantes, interferindo na agregação plaquetária. O presente trabalho teve como objetivo purificar, caracterizar bioquimicamente e avaliar as atividades farmacológicas de uma serinoprotease com atividade coagulante, do veneno de Bothrops barnetti nomeada TLBbar. A purificação envolveu dois passos cromatográficos, exclusão molecular em Sephadex G-75 e HPLC de fase reversa em coluna analítica Supelco C8, obtendo-se um alto grau de pureza e homogeneidade, revelado com SDSPAGE e com Mr ~ 28,5 kDa. TLBbar mostrou homlogia sequêncial com outras serinoproteases de veneno de serpentes, evidenciado através de espectrometria de massas MS/MS, como a trombina-like denominada Calobin, isolada e caracterizada a partir de Agkistrodon caliginosus (Korean Viper), Crotalase (Crotalus adamanteus), flavoxobin (Trimeresurus flavoviridis) entre outras. Observa-se na homologia que as serinoproteases, com as quais foi comparada a TLBbar, apresentam os aminoácidos conservados do sítio catalítico (His57, Asp102, Ser195), já na sequencia da TLBbar demonstra-se a presença do aminoácido histidina na posição 57 da tríada catalítica. Este resultado em conjunto com as atividades enzimáticas e biológicas, confirmam que TLBbar pertence ao grupo de enzimas serinoproteases com atividade trombina-like. A enzima apresenta sua maior atividade proteolítica a 37oC e em pH 8, sendo essa alterada na presença de íons divalentes por interações eletrostáticas entre enzima e substrato. TLBbar apresenta um comportamento michaeliano segundo os estudos cinéticos realizados com o substrato BApNA, revelando um Vmax e Km de 0,42nmol/min e 0,433mM, respectivamente. Em presença de heparina mantem 80% de sua atividade, e apresenta relativa estabilidade frente a SBT-I e agentes quelantes como EDTA e EGTA. TLBbar tem atividade coagulante sobre fibrinogênio bovino (atividade fibrigenolítica), formando um coágulo semi-rígido, pois não ativa o fator XIII da cascata de coagulação como faz a trombina que resulta na formação de um coágulo consistente. Sua atividade fibrigenolítica foi evidenciada pela liberação dos fibrinopeptídios A, pela degradação da cadeia A? do fibrinogênio, a qual foi inibida por PMSF e Leupeptina, confirmando sua classificação no grupo das serinoproteases. A eficiência desta atividade fibrigenolítica foi observada entre 30 oC e 40oC durante 2 horas de incubação e alterada em presença de íons divalentes como cálcio, magnésio e bário, ressaltando a maior atividade fibrigenolítica com o cálcio. A enzima purificada TLBbar foi capaz de agregar plaquetas e em concentração de 2,5?g evidenciou comportamento semelhante à trombina. Interessante que TLBbar estimula a agregação plaquetária assim como também retarda dita atividade no tempo quando comparado com o controle (trombina). Este fato é devido a sua mudança de conformação estrutural que corresponde à ativação plaquetaria a qual ocorre com mais lentidão (nos primeiros minutos), em comparação a transformação causada pela trombina, tendo como conseqüência a liberação mais lenta de agentes como ADP e tromboxanos A2, necessários para alcançar a adesão plaquetária. A serinoprotease TLBbar não apresenta toxicidade, pois não possui atividades edematogênica, hemorrágica e miotóxica in vivo. Por outro lado, TLBbar evidencia capacidade de dissolver o coágulo de fibrina gerado pela trombina após 36 horas de incubação a 37oC, esta atividade foi inibida com PMSF nas mesmas condições, estes dados sugerem a presença de atividade fibrinolítica Abstract: The snake venoms contain variety of proteins and are studied in the world for biological and pharmacological importance, within their complex composition of the venom protease enzymes present, as metalloproteases and serineproteases that cause hemostatic disorders, coagulantes and platelet aggregation. The present dissertation aimed to purify, biochemically characterize and evaluate the pharmacological activities of a serine protease with coagulant activity named TLBbar from Bothrops barnetti. Its purification involved two chromatographic steps, molecular exclusion in Sephadex G-75 and reversedphase HPLC with a Supelco C8 analytical column, obtaining high purity and homogeneity revealed by SDS-PAGE with Mr ~ 28.5 kDa. The enzyme has its highest proteolytic activity at 37 °C and at pH 8, which is altered in the presence of divalent ions by electrostatic interactions between enzyme and substrate. TLBbar presents a Michaelis-Menten behavior according the kinetic studies revealing a Km and Vmax of 0.433 mM and 0.42 nmol/min, respectively. TLBbar in the presence of heparin maintains its activity around 80%, although has relative stability compared with SBT-I and chelating agents such as EDTA and EGTA. TLBbar has coagulant activity on bovine fibrinogen, forming a clot semi-rigid, different the action of thrombin that results in the formation of a clot consistent. Its fibrigenolytic activity was evidenced by the release of fibrinopeptides A, by degradation of fibrinogen A? chain, which was inhibited by PMSF and Leupeptin, confirming its classification in the group of serineproteases. The efficiency of this activity was observed between 30 and 40 °C during 2 hours of incubation and changed in the presence of divalents ions such as calcium, magnesium and barium, brings out the greatest fibrigenolytic activity with calcium. The purified enzyme TLBbar was capable of aggregating platelets; 2.5?g of concentration evidence similar behavior to thrombin, TLBbar interesting stimulates platelet aggregation as well as delay time in such activity when compared with control (thrombin). We suggest that structural process of platelet activation occurs over a longer period of time with TLBbar as a result of release of ADP and thromboxane A2 agents that happen that occur with less speed to achieve platelet adhesion compared with thrombin. This enzyme not showed edematogenic-activity when compared with the activity caused by B. Barnetti snake venom, did not induce hemorrhagic nor myotoxic effect in vivo. On the other hand, TLBbar had proteolytic activity similar to thrombin, proven in the fibrigenolytic activity on bovine fibrinogen as measured in the release of fibrinopeptides in times of release similar to the control, the proteolytic activity was also evidenced by the ability to dissolve fibrin clot generated by Thrombin after 36 hours of incubation at 37 °C, the activity was inhibited with PMSF under the same conditions, these data suggest the presence of fibrinolytic activity Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Sergio Marangoni Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Bothrops moojeni é uma espécie de serpente de grande importância devido a sua ampla distribuição na América do Sul e Central além dos quadros clínicos que o veneno causa. Dentre as espécies peçonhentas brasileiras o gênero Bothrops é o mais numeroso e é o que apresenta os maiores índices de notificações relacionados a acidentes ofídicos. Os venenos de serpentes possuem uma mistura de substâncias biologicamente ativas sendo a maior parte composta por proteínas. Fosfolipases A2 (PLA2), proteínas presentes no veneno de serpentes, agem hidrolisando fosfolipídios de membrana na posição sn2 liberando lisofosfolipídios e ácidos graxos, além de exibir uma ampla variedade de efeitos farmacológicos. A isoforma de fosfolipase A2 (PLA2), denominada BmTX-I foi isolada através de um sistema de cromatografia em HPLC utilizando uma coluna de fase reversa µ-Bondapak C18. O alto grau de pureza foi confirmado através de eletroforese em SDS-PAGE Tricina (16,5%) e também através da determinação da massa molecular (14,238.71 Da) por espectrometria de massas (MALDI Tof). A caracterização cinética da BmTX-I PLA2 (Asp49) mostrou que tal isoforma é altamente estável e apresenta um pH ótimo de 8,0 e temperatura de 37º C. Frente a diferentes concentrações do substrato ácido 4-nitro-3-(octanoyloxy) benzóico a BmTX-I mostrou um comportamento com tendência alostérica. Na ausência de Ca2+ e na presença de alguns íons divalentes tais como Mg2+, Mn2+ e Cd2+ (na concentração de 10mM) a atividade BmTX-I foi significativamente diminuída, já na presença de Ca2+ (1mM) e com os mesmos íons divalentes citados apresentou uma discreta atividade. Também foi demonstrado o efeito inibitório de crotapotinas crotálicas sobre a atividade PLA2 da BmTX-I. A análise de composição de aminoácidos mostra que se trata de uma proteína de caráter básico pela alta presença de Lys, His e Arg. A presença de 14 resíduos de cisteína sugere a formação de 7 pontes dissulfeto. O estudo de homologia seqüencial da região N-terminal entre BmTX-I com outras PLA2 (Asp49) revelou um alto grau de homologia. O efeito neurotóxico in vitro do veneno total e da BmTX-I foi analisado na preparação biventer cervicis de pintainho. Nossos resultados mostraram que a ação do veneno de Bothrops moojeni na junção neuromuscular é menos potente quando comparado com venenos crotálicos, já que estes últimos levam a um bloqueio muito mais rápido e usando-se baixas concentrações. No entanto, não se pode negar que houve uma ação neurotóxica in vitro. O completo bloqueio tanto do veneno total quanto da BmTX-I não foi acompanhado pela inibição das respostas ao potássio (KCl) e a acetilcolina (ACh), exceto em altas concentrações de veneno (50 e 100 µg/ml) o que demonstra uma ação pré-sináptica primordial. Os testes in vivo do veneno total e da fração BmTX-I demonstraram o efeito miotóxico através da liberação de creatina quinase (CK) e o efeito inflamatório através de edema de pata e liberação de interleucina-6 (IL-6). O comportamento de liberação de CK foi semelhante tanto para o veneno total como para a PLA2 BmTX-I, os quais tiveram o maior liberação de CK uma hora após a injeção i.m. Oito horas após a injeção os níveis de CK estavam similares aos do controle. Ocorreu liberação de IL-6 bem como ação edematizante tanto do veneno total como da BmTX-I. A reprodutibilidade dos efeitos farmacológicos, só é possível com a utilização de frações quimicamente homogêneas que mantenham a integridade da função biológica. Essas frações são obtidas com metodologias de alta eficiência como HPLC, através do qual podemos isolar a BmTX-I em um único passo cromatográfico e o grau de pureza confirmado por espectrometria de massa. Estes resultados podem ser associados com a sua atividade biológica, eliminando a subjetividade causada por veneno total ou frações impuras. Essa abordagem pode ser aplicada nos estudos bioquímicos, estrutura-função, fisiológicos e farmacológicos, podendo revelar mecanismos ainda desconhecidos na relação estrutura-função das PLA2 procedentes de veneno de serpentes Abstract: Bothrops moojeni is a very important snake species due to its great distribution in the South and Central America besides the clinic alterations caused by the venom. Among the Brazilian species the Bothrops genus is the most numerous and shows the highest registrations related to ophidian accidents. The snake venoms are source of biologically active substances which main components are proteins. Phospholipases A2 (PLA2), proteins present in the snake venom, hydrolyze the sn-2 acyl groups of phospholipids liberating fatty acids and lysophospholipds, besides exhibiting many pharmacological effects. The fosfolipase A2 (PLA2) isoform, named BmTX-I was isolated through RP-HPLC performed on a C18 column. The high degree of purity was confirmed by SDS-PAGE and also by determining the molecular mass (14238.71 Da) in a MALDI TOF mass spectrometry. The kinetic characterization of BmTX-I PLA2 (Asp49) showed that the isoform was highly stable and presented an optimum pH of 8.0 and temperature of 37° C. At different substrate acid 4-nitro-3-(octanoyloxy) benzoic concentrations the BmTX-I showed allosteric behavior. In the absence of Ca2+ and in the presence of some divalent ions such as Mg+2, Mn+2, Cd2+ (at the concentration of 10 mM) the BmTX-I activity significantly decreased. But in the presence of 1mM Ca+2, under the same divalent ions conditions, the isoforms showed a discreet activity. An inhibitory effect of crotalic crotapotins on the activity PLA2 was also demonstrated. The analysis of amino acids composition showed a high content of basic amino acids such as Lys, His and Arg indicating a basic character for the BmTX-I. The presence of 14 cysteine residues suggests the formation of 7 disulfide bridges. N-terminal amino acid sequence revealed a high level of homology between BmTX-I and other Asp49 PLA2s. The neurotoxic effect of the whole venom and of BmTX-I was analyzed at chick biventer cervicis muscle preparation. Our results showed that the blockage of the muscle contraction was lesser when compared with crotalic venoms, which blockage at lower concentrations. Nevertheless it is sure that there was an in vitro neurotoxic action. The complete blockage, as much the whole venom as the BmTX-I, was not accompanied by any significant inhibition of the responses to KCl and to Ach, excepting at higher concentrations of the venom (50 e 100 µg/ml) suggesting the primordial presynaptic action. The tests in vivo with the whole venom and BmTX-I fraction showed the miotoxic effect through the creatine kinase (CK) releases and the inflammatory effect through edema-forming activity and interleukin-6 release. The CK release was similar for both whole venom and BmTX-I, which showed higher liberation one hour after the i.m injection. After eight hours of injection the CK levels were similar to the controls. There was the IL-6 release as well as edema-forming activity both in to the whole venom and BmTX-I. The reprodubility of pharmacological effects, is just possible with the utilization of chemically homogenous fractions that maintain the integrity of biological function. These fractions were obtained with high efficient methodologies as HPLC, through which this we the BmTX-I could be isolated in only one chromatography step, with purity direct by mass spectrometry. These results may be associated with the biological activities, eliminating the subjectivity caused by total venom or impure fractions. This approximation may be applied to the biochemical, structure-function, physiological and pharmacological studies, and it may reveal still unknown mechanisms in the structure-function relationship of PLA2 from the serpents venom Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Sergio Marangoni, Luis Alberto Ponce Soto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The complete abstract is available with the full electronic document Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Sergio Marangoni, Luís Alberto Ponce Soto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: No presente trabalho, uma nova serinoprotease com atividade trombina "like" do veneno de Bothrops andianus (TLBan), serpente dos Andes do Perú, foi isolada mediante duas etapas: cromatografia de exclusão molecular G-75 e cromatografia líquida em HPLC de fase reversa; com um alto grau de pureza e homogeneidade molecular. Através da eletroforese em SDS-PAGE a TLBan mostrou ter uma massa relativa de 29 kDa sob condições redutoras e 26 kDa em condições não redutoras que foi confirmada com exatidão pela espectrometria de massa MALDI-TOF com uma massa molecular de 25 835,65 Da, após de ser submetida à glicosilação com a PNGase F e a neuraminidase, a massa relativa de TLBan diminuiu a 22 kDa e 25 kDa, respectivamente. Os estudos da atividade cinética mostraram que a serinoprotease com atividade trombina "like" possui um comportamento michaeliano frente ao substrato DL-BApNA, registrando as constantes cinéticas de Vmax = 5.4 x 10-1 nmoles p-NA/min e Km = 7.9 x 10-1 mM apresentou ser estável entre 25 ºC e 60 ºC e na faixa de pH entre 4 e 10. Na presença de diferentes íons (Mg2+, Ca2+, Mn2+, Cd2+ e Zn2+) e inibidores (PMSF, EDTA e SBTI), sua atividade proteolítica e fibrinogenolítica foi mantida, com exceção para os íons Cd2+, Zn2+ e inibidor PMSF. TLBan foi capaz de evidenciar sua atividade fibrinogenolítica frente ao fibrinogênio bovino, hidrolisado a cadeia alfa ('alfa') e beta ('beta'), comportando-se como uma trombina "like" de tipo venobim AB, apresentou um IC de 144,93 s-1, uma dose mínima coagulante (DMC) de 1,33 ± 0,25 ?g/mL e induz á agregação plaquetária. A caracterização estrutural de TLBan foi determinada por sua massa molecular via espectrometria de massa. A análise estrutural da sequência foi deduzida utilizando a base de dados: http://www.expasy.ch/sprot/, com a ajuda da sequência dos peptídeos trípticos, mostrando uma alta homologia seqüêncial dos aminoácidos com outras serinoproteases de veneno de serpente. Sua cadeia polipeptídica da TLBan mostrou a presença da tríade catalítica nas posições de His (44), Asp (90) e Ser (185). A reprodutibilidade da atividade biológica por meio dos efeitos farmacológicos só é possível com a utilização de frações quimicamente homogêneas para manter a integridade da molécula. Essas frações são obtidas com metodologias de alta eficiência: HPLC e espectrometria de massa. Os resultados podem ser associados com sua atividade biológica, eliminando a subjetividade causada pelo veneno ou frações impuras. Este tipo de abordagem será aplicado para pautar os estudos bioquímicos, estrutura-função, fisiológico e farmacológico; pode ainda revelar mecanismos desconhecidos na relação estrutura-função da serinoprotease com atividade trombina "like" do veneno de serpente. No caso da serpente Bothrops andianus, são valorizados os estudos devido ao fato de não haver trabalhos realizados, provavelmente pelo fato de tratar-se de uma espécie ainda não estudada, mas que tem interesse para o campo científico no campo da venômica Abstract: In this word, a new serine protease with thrombin "like" activity the venom of Bothrops andianus (TLBan), snake of the Andes of Peru, was isolated by two steps: molecular exclusion chromatography G-75 and liquid chromatography in reversed-phase HPLC; with a high degree of purity and molecular homegenidade. Through of electrophoresis on SDS-PAGE shows the TLBan have a relative mass of 29 kDa under reducing conditions and 26 kDa in reducing conditions that was not confirmed for precision by mass spectrometry MALDI-TOF, with a molecular mass of 25 835.65 Da after when was sometida a desglycosilation with PNGase F and neuraminidase, The TLBan relative mass decreased 22 kDa and 25 kDa, respectively. The kinetic studies of the activity showed that the serine protease thrombin "like" activity features a opposite behavior michaeliano substrate DL-BApNA, recording the kinetic constants of Vmax = 5.4 x 10-1 nmol p-NA/min and Km = 7.9 x 10 -1 mM had to be stable between 25 ° C and 60 ° C and at pH between 4 and 10. In the presence of different ions (Mg2 +, Ca2 +, Mn2 +, Cd2 + and Zn2 +) and inhibitors (PMSF, EDTA and SBTI), its proteolytic activity and fibrinogenolítica was maintained, except for the ions Cd2 +, Zn2 + and inhibitor PMSF. TLBan was able to enhance its activity against the fibrinogen fibrinogenolítica veal, hydrolyzing the alpha cha thrombin "like" type venobim AB, presented a CI of 144.93 s-1, a minimum coagulant dose (DMC) of 1.33 ± 0.25 mg / mL and induces platelet aggregation. The structural characterization of TLBan was determined by its molecular mass via mass spectrometry. Structural analysis of the sequence was deduced using the database: http://www.expasy.ch/sprot/, with the help of the sequence of tryptic peptides, showing a high homology with other amino acid sequence of the serine protease from snake venom. Its polypeptide chain TLBan showed the presence of a catalytic triad in positions His (44), Asp (90) and Ser (185). The reproducibility of the biological activity through the pharmacological effects is only possible with the use of chemically homogeneous fractions to maintain the integrity of the molecule. These fractions are obtained with high efficiency methods: HPLC and mass spectrometry. The results may be associated with its biological activity, eliminating the subjectivity caused by poison or impure fractions. This approach will be applied to govern the biochemical studies, structure-function, physiological and pharmacological, may also reveal unknown mechanisms in the structure-function relationship of serine protease with thrombin "like" activity from snake venom. In the case of the snake Bothrops andianus, studies are valued due to the fact that there is no work done, probably because this is a species not yet studied, but that is of interest to the scientific field of venom Resumo: No presente trabalho, uma nova serinoprotease com atividade trombina "like" do veneno de Bothrops andianus (TLBan), serpente dos Andes do Perú, foi isolada mediante duas etapas: cromatografia de exclusão molecular G-75 e cromatografia líquida em HPLC de fase reversa; com um alto grau de pureza e homogeneidade molecular. Através da eletroforese em SDS-PAGE a TLBan mostrou ter uma massa relativa de 29 kDa sob condições redutoras e 26 kDa em condições não redutoras que foi confirmada com exatidão pela espectrometria de massa MALDI-TOF com uma massa molecular de 25 835,65 Da, após de ser submetida à glicosilação com a PNGase F e a neuraminidase, a massa relativa de TLBan diminuiu a 22 kDa e 25 kDa, respectivamente. Os estudos da atividade cinética mostraram que a serinoprotease com atividade trombina "like" possui um comportamento michaeliano frente ao substrato DL-BApNA, registrando as constantes cinéticas de Vmax = 5.4 x 10-1 nmoles p-NA/min e Km = 7.9 x 10-1 mM apresentou ser estável entre 25 ºC e 60 ºC e na faixa de pH entre 4 e 10. Na presença de diferentes íons (Mg2+, Ca2+, Mn2+, Cd2+ e Zn2+) e inibidores (PMSF, EDTA e SBTI), sua atividade proteolítica e fibrinogenolítica foi mantida, com exceção para os íons Cd2+, Zn2+ e inibidor PMSF. TLBan foi capaz de evidenciar sua atividade fibrinogenolítica frente ao fibrinogênio bovino, hidrolisado a cadeia alfa ('alfa') e beta ('beta'), comportando-se como uma trombina "like" de tipo venobim AB, apresentou um IC de 144,93 s-1, uma dose mínima coagulante (DMC) de 1,33 ± 0,25 ?g/mL e induz á agregação plaquetária. A caracterização estrutural de TLBan foi determinada por sua massa molecular via espectrometria de massa. A análise estrutural da sequência foi deduzida utilizando a base de dados: http://www.expasy.ch/sprot/, com a ajuda da sequência dos peptídeos trípticos, mostrando uma alta homologia seqüêncial dos aminoácidos com outras serinoproteases de veneno de serpente. Sua cadeia polipeptídica da TLBan mostrou a presença da tríade catalítica nas posições de His (44), Asp (90) e Ser (185). A reprodutibilidade da atividade biológica por meio dos efeitos farmacológicos só é possível com a utilização de frações quimicamente homogêneas para manter a integridade da molécula. Essas frações são obtidas com metodologias de alta eficiência: HPLC e espectrometria de massa. Os resultados podem ser associados com sua atividade biológica, eliminando a subjetividade causada pelo veneno ou frações impuras. Este tipo de abordagem será aplicado para pautar os estudos bioquímicos, estrutura-função, fisiológico e farmacológico; pode ainda revelar mecanismos desconhecidos na relação estrutura-função da serinoprotease com atividade trombina "like" do veneno de serpente. No caso da serpente Bothrops andianus, são valorizados os estudos devido ao fato de não haver trabalhos realizados, provavelmente pelo fato de tratar-se de uma espécie ainda não estudada, mas que tem interesse para o campo científico no campo da venômica Abstract: In this word, a new serine protease with thrombin "like" activity the venom of Bothrops andianus (TLBan), snake of the Andes of Peru, was isolated by two steps: molecular exclusion chromatography G-75 and liquid chromatography in reversed-phase HPLC; with a high degree of purity and molecular homegenidade. Through of electrophoresis on SDS-PAGE shows the TLBan have a relative mass of 29 kDa under reducing conditions and 26 kDa in reducing conditions that was not confirmed for precision by mass spectrometry MALDI-TOF, with a molecular mass of 25 835.65 Da after when was sometida a desglycosilation with PNGase F and neuraminidase, The TLBan relative mass decreased 22 kDa and 25 kDa, respectively. The kinetic studies of the activity showed that the serine protease thrombin "like" activity features a opposite behavior michaeliano substrate DL-BApNA, recording the kinetic constants of Vmax = 5.4 x 10-1 nmol p-NA/min and Km = 7.9 x 10 -1 mM had to be stable between 25 ° C and 60 ° C and at pH between 4 and 10. In the presence of different ions (Mg2 +, Ca2 +, Mn2 +, Cd2 + and Zn2 +) and inhibitors (PMSF, EDTA and SBTI), its proteolytic activity and fibrinogenolítica was maintained, except for the ions Cd2 +, Zn2 + and inhibitor PMSF. TLBan was able to enhance its activity against the fibrinogen fibrinogenolítica veal, hydrolyzing the alpha cha thrombin "like" type venobim AB, presented a CI of 144.93 s-1, a minimum coagulant dose (DMC) of 1.33 ± 0.25 mg / mL and induces platelet aggregation. The structural characterization of TLBan was determined by its molecular mass via mass spectrometry. Structural analysis of the sequence was deduced using the database: http://www.expasy.ch/sprot/, with the help of the sequence of tryptic peptides, showing a high homology with other amino acid sequence of the serine protease from snake venom. Its polypeptide chain TLBan showed the presence of a catalytic triad in positions His (44), Asp (90) and Ser (185). The reproducibility of the biological activity through the pharmacological effects is only possible with the use of chemically homogeneous fractions to maintain the integrity of the molecule. These fractions are obtained with high efficiency methods: HPLC and mass spectrometry. The results may be associated with its biological activity, eliminating the subjectivity caused by poison or impure fractions. This approach will be applied to govern the biochemical studies, structure-function, physiological and pharmacological, may also reveal unknown mechanisms in the structure-function relationship of serine protease with thrombin "like" activity from snake venom. In the case of the snake Bothrops andianus, studies are valued due to the fact that there is no work done, probably because this is a species not yet studied, but that is of interest to the scientific field of venom Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Sergio Marangoni, Luis Alberto Ponce Soto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Neste trabalho, descrevemos o isolamento e as caracterizações funcional e estrutural de uma nova metaloprotease, denominada BmHF-1. A proteína foi isolada da peçonha de Bothrops marajoensis, com um alto grau de pureza e homogeneidade molecular, pela combinação de dois passos, cromatográficos: exclusão molecular em coluna Superdex G-75 acoplada ao sistema HPLC-biocompatível; e seguida de uma cromatografia em HPLC de fase reversa numa coluna C-18 -Bondapack. A nova metaloprotease BmHF-1 apresenta massa molecular de 27162,36 Da obtida por espectrometria de massas (MALDI-Tof) ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: In this present work we described the isolation, structural and functional characterization of a new metalloproteinase, named BmHF-1. This protein was isolated with a high degree of purity from the Bothrops marajoensis snake venom by the combination of two chromatographic steps, size exclusion in a Superdex G-75 column coupled to HPLC biocompatible system, followed by a HPLC-RP chromatographic procedure in a C-18 -Bondapack column. This new metalloproteinase had a molecular mass of 27162.36 Da determinate by MALDI-Tof mass spectrometry.....Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Sergio Marangoni, Luis Alberto Ponce Soto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: As enzimas PLA2 provenientes de veneno de serpentes são intensamente estudadas devido a que os envenenamentos constituem um dos principais problemas de saúde em muitos paises. Por outro lado, estas toxinas ajudam a revelar aspectos desconhecidos da fisiologia celular e tisular. Neste trabalho, apresentamos a purificação e a caracterização bioquímica e farmacológica de duas miotoxinas fosfolipases A2: BbTX-II e BbTX-III, a partir de veneno de Bothrops brazili. As duas proteínas foram isoladas e purificadas usando um procedimento simples e rápido envolvendo duas etapas cromatográficas, exclusão molecular em Sephadex G-75 e HPLC de fase reversa (C18). A eletroforese de ambas miotoxinas mostrou massas relativas em torno de 13 e 27 kDa (para monômeros e dímeros respectivamente). Espectrometria de massa por MALDI-TOf confirmou a pureza das proteínas e mostrou que possuem massas moleculares em torno de 13,8 kDa. A análise de aminoácidos mostrou alto conteúdo de aminoácidos básicos e hidrofóbicos, assim como 14 resíduos de Cys. BbTX-III apresentou atividade PLA2 na presença de um substrato cromogênico, mostrando comportamento sigmoidal, principalmente à baixas concentrações. Atividade máxima foi alcançada em pH 8 e entre 35-45 oC. BbTX-III mostrou-se completamente dependente de Ca2+ e, na presença dos íons Mg2+, Mn2+, Cd2+ e Zn2+, a atividade enzimática foi reduzida a níveis similares aos observados na ausência de Ca2+. A análise de composição de aminoácidos mostrou alta presença de Lys, His e Arg (pI 8,46). A presença de 14 resíduos de cisteína sugere a formação de 7 pontes dissulfeto. O estudo de homologia da seqüência da PLA2 BbTX-III mostrou que existem posições extremamente conservadas nas PLA2. S(1), L(2), E(4) 7 a 10 (QMIL), Y(21). Os resíduos conservados Y(28), G(30), G(32), D(49), H(48) e Y(52) estão direta ou indiretamente ligados com a catálise. Além disso, BbTX-III apresentou algumas mutações: K(35) -> G(35), R(51) -> Y(51) e D(118) -> A(118) que estão estrategicamente posicionadas para a expressão da atividade catalítica. Apesar destas substituições, as atividades farmacológicas e a atividade catalítica são mantidas. O efeito neurotóxico de BbTX-III foi analisado in vitro na preparação neuromuscular biventer cervicis de pintainhos. O resultado mostrou que a toxina é menos potente quando comparada com venenos crotálicos. BbTX-III demonstrou efeito miotóxico local in vivo através da liberação de creatina quinase (CK) e, efeito inflamatório, através de edema de pata. Como a BbTX-III produziu forte efeito inflamatório, a hidrólise de fosfolipídios poderia ser relevante neste fenômeno. BbTX-II foi caracterizada como uma PLA2 K49 (cataliticamente inativa) em função das características físico-químicas evidenciadas: massa de 13,68 kDa, 121 resíduos de aminoácidos, caráter básico (pI 8.73) e alto grau de homologia seqüencial na sua estrutura primária, quando comparada com outras PLA2B K49 procedentes de veneno de serpentes botrópicas. O alinhamento com outras seqüências completas de PLA2 BK49 mostrou a presença de algumas mutações importantes. Assim, as substituições Y?N(27), N?P(58) e L?F(114) não modificaram os efeitos biológicos aqui estudados, revelando que poderiam estar relacionados com outras atividades. Os resíduos N(28), K(111), L(32) poderiam contribuir com a interrupção da catálise. Esta nova PLA2 K49 BbTX-II mostrou miotoxicidade local in vivo, atividade inflamatória e letalidade, corroborando que se enquadra dentro da família de proteínas PLAB2B K49. Os estudos de neurotoxicidade revelaram um efeito neurotóxico in vitro na preparação biventer cervicis de pintainho (20 µg/ml). BbTX-II e BbTX-III mostraram ser miotoxinas com atividade edematogênica e neurotóxica, independentemente de apresentarem atividade catalítica (BbTX-III) ou não (BbTX-II) Apoiando a existência de regiões moleculares distintas à catalítica responsáveis pelos efeitos farmacológicos. Os efeitos farmacológicos da toxina BbTX-III (PLA2B D49) provavelmente tenham uma estrita relação entre a atividade enzimática e a ligação da toxina com micro-domínios na membrana plasmática onde sua atividade seja maximizada e cause danos relevantes na organização da membrana. No caso da BbTX-II (PLAB2 K49) possivelmente a combinação de aminoácidos aromáticos/hidrofóbicos e positivamente carregados da região C-terminal seja a responsável de alterar a integridade da membrana plasmática. Abstract: The enzymes PLA2 coming of venom snake are studied intensely due to that the poisonings constitute one of the main problems of health in many countries. On the other hand, these toxins help to reveal unknown aspects of the cellular and tissue physiology. In this work, we presented the purification and biochemical and pharmacological characterization of two myotoxic phospholipases A2: BbTX-II and BbTX-III from Bothrops brazili venom. The two proteins were isolated and purified using a simple and fast procedure involving two chromatographic steps, molecular exclusion in Sephadex G-75 and reverse-phase HPLC (C-18 column). Both myotoxins showed around 13 and 27 kDa (for monomers and dimers, respectively) relative mass. MALDI-TOf mass spectrometry confirmed the purity of the proteins showing molecular masses around 13,8 kDa. Amino acid analysis showed a high content of hydrophobic and basic amino acids as well as 14 cysteine residues. BbTX-III presented PLA2 activity in the presence of a chromogenic substrate, showing sigmoidal behavior, mainly at low concentrations. Maximum PLA2 activity was reached at pH 8 and 35-45 oC. Maximum activity required Ca2+ and, in the presence of Mg2+, Mn2+, Cd2+ and Zn2+, was reduced at similar levels as observed in the absence of Ca2+. Amino acids analysis of composition showed high presence of Lys, His and Arg (pI 8,46). The presence of 14 cystein residues suggested the formation of 7 disulfide bridges. Sequence homology of the PLA2 BbTX-III revealed positions extremely conserved in PLA2 S(1), L(2), E(4) 7 to 10 (QMIL), Y(21). The conserved residues Y(28), G(30), G(32), D(49), H(48) and Y(52) are direct or indirectly linked to the catalysis. Besides, BbTX-III presented some mutations: K(35) -> G(35), R(51) -> Y(51) and D(118) -> A(118) that are strategically positioned for the expression of catalytic activity. Despite these substitutions, the pharmacological and catalytic activities are maintained. The neurotoxic effect of BbTX-III was analyzed in vitro at chick biventer cervicis muscle preparation. Our results showed that the blockage of the muscle contraction was lower when compared with crotalic venoms. BbTX-III demonstrated in vivo myotoxic local effect through the liberation of creatine kinase (CK) and inflammatory effect through paw edema. As BbTX-III produced strong inflammatory effect, the phospholipids hydrolysis could be relevant in this phenomenon. BbTX-II was characterized as PLA2 homologous K49 (catalytically inactive), because its chemical and physical evidenced characteristics: mass of 13,68 kDa, 121 amino acids residues, basic character (pI 8.73) and high sequential homology in its primary structure, when compared with other PLA2 K49 from venom of Botrhops serpents. The alignment with other complete sequences of PLA2 homologous K49 showed the presence of some important mutations. Substitutions Y->N(27), N->P(58), and L->F(114) did not modify the biological activities here studied, revealing that it could be related to other activities. The residues N(28), K(111), L(32) could contribute with the interruption of the catalysis. This new PLA2 K49 BbTX-II showed in vivo myotoxic local effect, inflammatory and lethality activities, evidencing it was fitted to the family of proteins PLA2 K49 homologous. Beside BbTX-II revealed in vitro neurotoxyc effect at chick biventer cervicis muscle preparation (20 µg/mL). BbTX-II and BbTX-III showed to be myotoxins to activity edematogenic and neurotoxyc independently of present catalytic activity (BbTX-III) or no (BbTX-II) Supporting the existence of molecular areas different to the catalytic responsible for the pharmacological effects. The pharmacological effects of the toxin BbTX-III (PLA2 D49) they probably have a strict relationship between the enzymatic activity and binding of the toxin with micro-domains in the plasmatic membrane where the activity is maximized and cause relevant damages in the organization of the membrane. In the case of the BbTX-II (PLA2 K49) possibly the combination of amino acids aromatics/hidrophobics and positively loaded of the area C-terminal it is the responsible of altering the integrity of the plasmatic membrane. Mestrado Bioquímica Mestre em Biologia Funcional e Molecular