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Title: Selaginella convoluta (Arn.) Spring: uma abordagem fitoquímica aliada a estudos ômicos
Authors: Reginaldo, Fernanda Priscila Santos
Keywords: Selaginelinas;Anabasina;Proteoma;Metaboloma;Tolerância à dessecação;Metiljasmonato
Issue Date: 25-Mar-2021
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: REGINALDO, Fernanda Priscila Santos. Selaginella convoluta (Arn.) Spring: uma abordagem fitoquímica aliada a estudos ômicos. 2021. 91f. Tese (Doutorado em Desenvolvimento e Inovação Tecnológica em Medicamentos) - Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.
Portuguese Abstract: O gênero Selaginella, o maior gênero de Lycopodiophyta compreende cerca de 700-750 espécies, das quais várias espécies são reconhecidas por suas atividades farmacológicas. Nosso overview sobre os aspectos fitoquímico e bioativos apontaram que futuros estudos devem fornecer dados para melhor explorar o potencial biológico das moléculas bioativas de Selaginellaceae, desenvolver estudos sobre a toxicidade e, por último, concentrar esforços em elucidar mecanismos de ação para propriedades biológicas já relatadas. A família conseguiu sobreviver a múltiplas pressões bióticas e abióticas durante os últimos 400 milhões de anos. Diversas espécies do gênero Selaginella adquiriram um interessante traço evolutivo: tolerância à dessecação (TD). Selaginella convoluta é uma planta tolerante à dessecação nativa do semiárido brasileiro. Plantas TD possuem mecanismos de resistência à seca altamente eficazes que permitem sua sobrevivência em condições extremas. Neste estudo, investigamos S. convoluta em dois estados de hidratação: (i) planta no estado desidratado ‒ conforme encontrada em campo na Caatinga; e (ii) planta no estado hidratado ‒ reidratação adquirida em laboratório. Os dados de proteoma apontaram que partes aéreas (PA) e raízes (RZ) parecem ter diferentes estratégias em resposta aos diferentes estados de hidratação; no entanto, PA e RZ parecem ter uma resposta bem orquestrada para regular a tolerância à dessecação. A presença de enzimas envolvidas na biossíntese de metabólitos especializados como fenólicos, terpenoides, bem como metabólitos contendo nitrogênio/enxofre foram apontadas através da análise do proteoma. O perfil metabólico baseado em RMN apontou a presença de metabólitos como carboidratos e fenólicos relacionados aos eventos de tolerância à dessecação, corroborando com os dados de proteoma. Como um achado inédito, o alcaloide anotado mais importante foi a anabasina. Os metabólitos especializados, flavonoides, biflavonoides e selaginelinas foram os principais derivados fenólicos anotados. Assim, realizamos uma análise de LC-MS/MS combinada com a abordagem de molecular networking (MN) para avaliar a quimiodiversidade de flavonoides e selaginelinas. Até o momento, este foi o primeiro estudo sobre Selaginella spp. usando a abordagem de MN que mostrou não somente uma proposta do padrão de fragmentação para todas as selaginelinas anotadas, mas também a predição de novas selaginelinas com base nos dados espectrais MS/MS. Diversos potenciais biológicos de selaginelinas de Selaginella spp. foram relatados. As selaginelinas são produzidas naturalmente em níveis baixos na planta, o que torna a extração química desses metabólitos difícil e demorada. Nesse contexto, o metil jasmonato (MeJA) tem sido utilizado para induzir metabólitos especializados de interesse farmacêutico. Os nossos dados apontaram que o MeJA pode ser uma interessante alternativa para induzir o acúmulo de selaginelinas em S. convoluta. Ainda, os estudos in silico apontaram potenciais alvos biológicos para asselaginelinas: antineurodegenerativo, antiproliferativo e antiparasitário. A abordagem de MN permitiu a predição de sete selaginelinas até então não descritas na literatura, as quais contribuem como uma nova informação química para esta espécie.
Abstract: The genus Selaginella, the largest genus of Lycopodiophyta comprise about 700- 750 species, which several species are recognized for their pharmacological activities. Our overview of the phytochemical and bioactive aspects pointed out that future studies should afford valuable new data on better explore the biological potential of the flavonoid amentoflavone and their derivatives as chemical bioactive entities; develop studies about toxicity and, finally, concentrate efforts on elucidate mechanisms of action for biological properties already reported. The family Selaginellaceae managed to survive the many biotic and abiotic pressures during the last 400 million years. Several species of the genus Selaginella have been acquired an interesting evolutionary trait: desiccation tolerance (DT). Selaginella convoluta is a desiccation-tolerant plant native from Brazilian semiarid. DT plants have highly effective drought-resistance mechanisms that allow their survival under extreme conditions. In this study we investigate Selaginella convoluta in two hydration states: (i) dehydrated – harvested in the natural semiarid environment; and (ii) hydrated – after acclimatization in lab. The proteome dataset pointed out that shoots and roots appear to have different strategies in response to different hydration states; however, appear to have a well-orchestrated response to regulate desiccation tolerance. The presence of enzymes involved in the biosynthesis of specialized metabolites such as phenolic, terpenoid, as well as metabolites containing nitrogen/sulfur were identified through proteomic analysis. The NMR-based metabolite profiling showed the presence of metabolites such as carbohydrates and phenolic derivatives related to desiccation tolerance events, corroborating with the proteome data. As an unprecedented finding, the most important annotated alkaloid was anabasine. The specialized metabolites, flavonoids, bioflavonoids and selaginellins were the main phenolic derivatives annotated. Thus, we performed a LC-MS/MS analysis combined with the molecular networking (MN) approach to assess the chemodiversity of flavonoids and selaginellins. So far, this has been the first study on Selaginella spp. using the MN approach that showed not only a proposal of the fragmentation pattern for all the selaginellins annotated, but also the prediction of new selaginellins based on the MS/MS spectral data. Several biological potentials of selaginellin from Selaginella spp. have been reported. Selaginellins are naturally produced at low levels in the plant, which makes the chemical extraction of these metabolites difficult and time consuming. In this context, methyl jasmonate (MeJA) has been used to induce specialized metabolites of pharmaceutical interest. Our data showed that MeJA can be an interesting alternative to induce the accumulation of selaginellins in S. convoluta. In addition, the in-silico studies pointed out interesting bioactive potentials for selaginellins: antineurodegenerative, antiproliferative and antiparasitic. The MN approach allowed the prediction of seven unprecedent selaginellins, which contribute as a new chemical information for this species.
URI: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32918
Appears in Collections:PPGDITM - Doutorado em Desenvolvimento e Inovação Tecnológica em Medicamentos

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