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Title: Caracterização proteômica e biológica da peçonha de escorpiões do gênero Tityus
Other Titles: Proteomic and biological characterization of scorpions venom of the genus Tityus
Authors: Menezes, Yamara Arruda Silva de
Keywords: Tityus stigmurus;Tityus neglectus;Tityus pusillus;Peçonha de escorpião;Proteômica bottom-up;Caracterização biológica e funcional
Issue Date: 14-Sep-2018
Citation: MENEZES, Yamara Arruda Silva de. Caracterização proteômica e biológica da peçonha de escorpiões do gênero Tityus. 2018. 151f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Escorpiões do gênero Tityus pertencem a família Buthidae e são responsáveis pela maioria dos acidentes por envenenamentos no Brasil. O envenenamento geralmente é caracterizado por sintomas locais como dor, parestesia, edema e eritema, ocasionados por uma variedade de moléculas (peptídeos e proteínas tóxicas) presentes na peçonha de escorpiões. O estudo da composição tóxica da peçonha de escorpiões é importante no desenvolvimento de tratamentos para casos de escorpionismo. Adicionalmente, toxinas são moléculas que podem apresentar potencial aplicação farmacológica e biotecnológica. Nesse estudo, é apresentado a caracterização proteômica e funcional da peçonha dos escorpiões brasileiros Tityus stigmurus, Tityus neglectus e Tityus pusillus, espécies amplamente distribuídas na região Nordeste do país. T. stigmurus é reconhecido como o principal responsável pelos envenenamentos com importância médica na região Nordeste. Embora já tenham sido relatados estudos para essa espécie, um grande número de componentes da peçonha ainda permanece desconhecido. Tityus neglectus e Tityus pusillus não apresentam estudos de caracterização química ou biológica da peçonha. Nesse contexto, a caracterização proteômica da peçonha desses escorpiões foi realizada por proteômica bottom-up usando cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a espectrometria de massas em tandem (LC-MS/MS) utilizando LTQ (“Linear Quadrupole Ion Trap”) Orbitrap Velos. A pesquisa de correspondência de espectro peptídico (PSM) foi realizada usando a plataforma PatternLab, e o sequenciamento de novo usando PEAKS Studio 8.0. Os bancos de dados contendo todas as entradas de proteínas para a ordem Scorpiones foram provenientes dos bancos UniProtKB (UniPro Knowledgebase) e NCBI (National Center for Biotechnology Information), e a quantificação de proteínas foi realizada utilizando o fator de abundância espectral (NSAF). Para a caracterização biológica e funcional foram realizados ensaios enzimáticos como fosfolipase A2, hialuronidase e fibrinogenolítico, testes de tempo de protrombina (TP) e tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPa), atividade antimicrobiana, western blot, ensaios de viabilidade celular, produção de óxido nítrico (NO), determinação de letalidade e avaliação dos efeitos do envenenamento in vivo. As análises do proteoma para T. stigmurus revelaram a presença de 2 novas famílias de toxinas, serina proteases e fosfolipases A2, descritas pela primeira vez nesta peçonha. Os peptídeos moduladores de canais iônicos respondem por aproximadamente 70% dos peptídeos identificados, delineando a importância das neurotoxinas. Nas peçonhas de T. neglectus e T. pusillus foram identificadas famílias de proteínas como NaTx, KTx, CRISPs, AMPs, hipotensinas, inibidores do tipo serpina, serina proteases, metaloproteases, fosfolipases A2 e hialuronidases. As três peçonhas apresentaram atividade hialuronidásica e fibrinogenolítica, esta última com a participação proeminente de enzimas da classe metaloprotease. A atividade antimicrobiana não foi positiva, e a ação de fosfolipases foi detectada apenas na peçonha de T. neglectus. Atividade citotóxica foi verificada em células embrionárias de rim humano (Hek) para as peçonhas de T. stigmurus e T. neglectus. T. neglectus ainda demonstrou citotoxicidade para células de macrófagos (RAW 264.7) e fibroblastos (3T3) de camundongos, bem como efeito modulador da produção de NO. A peçonha de T. stigmurus mostrou alta toxicidade para camundongos BALB/c (DL50 = 0,575 mg/kg) e os efeitos do envenenamento foram descritos. Os testes biológicos associados a tecnologia de análise proteômica contribuíram para uma melhor elucidação da composição e caracterização da peçonha de T. stigmurus. A abordagem apresentada nesse estudo compreendeu a descrição mais completa do repertório molecular para o escorpião T. stigmurus que, conjuntamente a T. neglectus e T. pusillus, constituem fontes de moléculas com potencial aplicação farmacológica e/ou biotecnológica.
Abstract: Scorpions of the genus Tityus belong to the Buthidae family and are responsible for most of the reported envenomation accidents in Brazil. Envenomation is often characterized by local symptoms as pain, paresthesia, edema and erythema. Scorpion venoms are complex mixtures containing many toxic peptides and proteins. The study of toxic composition of scorpion venom is especially important for the development of effective treatments for cases of scorpionism. Additionally, toxins are molecules that may to have potential biotechnological applications. In this study, we present the proteomic and functional characterization of the Brazilian scorpions venoms Tityus stigmurus, Tityus neglectus and Tityus pusillus, species widely distributed in the northeastern of the Brazil. T. stigmurus is recognized as the main responsible for medical poisoning in the Northeast region. Although studies have been reported for this species, a large number of components of the venom remain unknown. Tityus neglectus and Tityus pusillus do not present study of chemical or biological characterization of the venom. The proteomic characterization of venoms were performed by bottom-up proteomics using liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) performed in a LTQ (Linear Trap Quadrupole) Orbitrap Velos. Peptide spectrum matching (PSM) search was performed using the PatternLab platform, and de novo sequencing using PEAKS Studio 8.0. The databases containing all the protein entries for order Scorpiones from UniProtKB (UniPro Knowledgebase) and NCBI (National Center for Biotechnology Information), and protein amounts was estimated using the normalized spectral abundance factor (NSAF). For the functional characterization, enzymatic assays as phospholipase A2, hyaluronidase and fibrinogenolytic, PT and aPTT tests, antimicrobial activity, cell viability assay, nitric oxide (NO) production, lethality determination and evaluation of effects of envenomation were performed. The proteome analyzes for T. stigmurus revealed the presence of 2 new families of toxins, serine proteases and phospholipases A2, described for the first time in this venom. The ions channels modulators peptides account for approximately 70% of the peptides identified, outlining the importance of neurotoxins. In the venoms of T. neglectus and T. pusillus, families of proteins such as NaTx, KTx, CRISPs, AMPs, hypotensins, serine protease inhibitors, serine proteases, metalloproteases, phospholipases A2 and hyaluronidases were identified. The three venoms presented hyaluronidase and fibrinogenolytic activity with the prominent participation of metalloprotease enzymes. The antimicrobial activity was not verified, and the action of phospholipases was verified only in T. neglectus venom. Cytotoxic activity was verified in human embryonic kidney (Hek) cells for T. stigmurus and T. neglectus venoms. T. neglectus also demonstrated cytotoxicity for macrophages (RAW 264.7) and fibroblasts (3T3), as well as modulating effect of NO production. The T. stigmurus venom showed high toxicity to BALB/c mice (LD50 = 0.575 mg/kg) and the effects of poisoning were described. The biological tests associated with the technology of proteomic analysis contributed to a better elucidation of composition and characterization of T. stigmurus venom. The approach presented in this study comprised the most complete description of the molecular repertoire for T. stigmurus scorpion, which together with T. neglectus and T. pusillus constitute sources of molecules with potential pharmacological and/or biotechnological application.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26944
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