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Type: TESE
Title: Caracterização da DNase da peçonha da serpente Bothrops alternatus : comparação com a DNase acida de mamiferos envolvida em apoptose
Title Alternative: Characterization of a Dnase from Bothrops alternatus snake venom : comparision with mamalian acid Dnases involved in apoptosis
Author: Nascimento, Juliana Minardi
Advisor: Hyslop, Stephen, 1964-
Abstract: Resumo: As peçonhas de serpentes Bothrops são responsáveis por diversos danos locais (na região da mordida) e sistêmicos durante o envenenamento. Dentre as manifestações sistêmicas, a insuficiência renal aguda e um dos mais importantes efeitos tóxicos causados por acidentes botropicos. Esta tese teve como objetivos: 1) investigar a ação da peçonha bruta de B. alternatus em células epiteliais renais MDCK; 2) proceder a purificação e caracterização de uma DNase acida presente nesta peçonha; e 3) determinar a possível ação apoptotica desta DNase sobre células MDCK em cultura. Com relação as ações in vitro do peçonha bruta de B. alternatus, observamos modificações no citoesqueleto, nas junções intercelulares e sobre a morte celular das células MDCK tratadas com 10 ou 100 µg/mL de peçonha bruta. Dentre as modificações observadas, houve uma diminuição da resistência transpitelial, uma redistribuição de algumas proteínas associadas as junções intercelulares acompanhada por um desarranjo do citoesqueleto envolvendo as fibras de estresse na superfície basal e adesão focal associada a F-actina na região de contato celula-matriz. A analise morfometrica mostrou uma diminuição do numero de células entrando em mitose e um aumento do numero de células com núcleos picnoticos ou morfologicamente alterados apos tratamento com o peçonha. Microscopia eletrônica de varredura revelou uma densidade de microvilosidades diminuída, assim como a alteração da morfologia celular normal, de poliédrico para um formato fusiforme, nas células tratadas. O tipo principal de morte celular induzido pelo tratamento com o peçonha bruta foi a necrose, com uma freqüência pequena de indução de apoptose. O pré-tratamento das células MDCK com catalase, superoxido dismutase e L-NAME inibiu os efeitos sobre morte celular causados pelo peçonha bruta, indicando o envolvimento de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio nos danos causados pelo envenenamento pela peçonha de B. alternatus. As peçonhas ofídicas possuem uma grande variedade de enzimas que degradam ácidos nucléicos e seus constituintes. As desoxirribonucleases (DNases) são endonucleases presentes em peçonhas de serpentes que hidrolisam acido desoxirribonucleico (DNA). Sua ação no envenenamento ocorre em conjunto com outras enzimas que quebram ligações fosfato (ATPases, 5¿-nucleotidases, fosfodiesterases, ribonucleases). Vários estudos sobre endonucleases em mamiferos sugerem que a DNase II (DNase acida) seria responsável pela fragmentacao do DNA durante a apoptose. E também conhecido que peçonhas são capazes de induzir apoptose em células. Através de uma combinação de cromatografias de troca iônica, gel filtração, afinidade e HPLC, foi purificada uma DNase da peçonha de B. alternatus, com atividade especifica de 3.489 unidades/mg (atividade especifica da peçonha: 65 unidades/mg) e fator de purificação de ~54 vezes. As características bioquímicas desta enzima são: uma massa molecular de ~31 kDa, ausência de subunidades, pI de 4,4-5,2, pH otimo de atividade de 4,7, termo estabilidade ate 40oC. O Km e Vmax são 10.1 µg/mL e 352.5 U/mg, respectivamente. A enzima degrada preferencialmente DNA de dupla fita, com atividade menor sobre DNA desnaturado; também degrada DNA circular (dos plasmideos pGEM e pBR322) mas não degrada RNA ou poly A. E inibida por altas concentrações (100 mM) de cations (Ca2+, Mg2+ e Zn2+), e também por N-etilmaleimida, iodoacetamida, acido aurintricarboxilico e DTT, mas não por EDTA. A enzima e reconhecida por IgG antibotropica em Western blot e no ELISA e por anti-DNase II humana no Western blot. Em celulas MDCK, a DNase produz alterações morfologicas como vacuolacão do citoplasma, retração e destacamento das celulas em monocamada, presença de núcleos condensados e/ou fragmentados. Através de ensaios de viabilidade e citotoxicidade, verificamos que a DNase e citotoxica as células MDCK em doses a partir de 400 U/mL (~20 µg/mL). Alem disso, causa fragmentação de DNA e um aumento no numero de células apoptoticas, em menor proporção, de células em necrose. A via de apoptose estimulada pela enzima envolve a ativação das caspases 3, 8 e 9, e uma diminuição na expressão da proteína anti-apoptotica Bcl-2. Estes resultados mostram que a peçonha de B. alternatus e citotoxica as células MDCK, com parte desta toxicidade mediada pela DNase II. Esta enzima induz apoptose que poderia contribuir para a toxicidade geral da peçonha

Abstract: Bothrops snake venoms are cytotoxic to a variety of cells (endothelial, smooth muscle, renal and inflammatory cells), and may cause cell death by apoptosis. The venom components implicated in apoptosis include metalloproteinases and L-amino acid oxidase. In contrast, although acidic deoxyribonucleases (DNase II) have been implicated in DNA fragmentation during apoptosis in mammals, nothing is known of the involvement of venom deoxyribonucleases in this phenomenon. In this thesis, we 1) investigated the cytotoxicity of Bothrops alternatus venom in Madin-Darby canine kidney (MDCK) epithelial cells, 2) purified and characterized an acidic DNase from this venom, and 3) assessed the apoptotic activity of this DNase in MDCK cells. Treatment with B. alternatus venom (10 and 100 µg/mL) markedly decreased the transepithelial electrical resistance of cultured cells, and caused redistribution of some junctional proteins followed by cytoskeletal rearrangement involving stress fibers at the basal cell surface and focal adhesion-associated F-actin in the cell-matrix contact region. There was a decrease in the number of mitotic cells and an increase in the number of cells with pycnotic or morphologically altered nuclei. Scanning electron microscopy revealed a decrease in microvillar density and alteration in the normal cell morphology from polyhedric to fusiform. Staining with annexin V-FITC and electrophorese of cellular DNA suggested that cell death was predominantly by necrosis. Pretreating the cells with catalase, superoxide dismutase or L-NAME significantly attenuated the venom-induced cell death, indicating the possible involvement of reactive oxygen and nitrogen species in this phenomenon. DNase II was purified from B. alternatus venom by a combination of ion exchange and gel filtration chromatographies (specific activity = 1.9x103 units/mg vs. 36.1 units/mg for venom, purification factor = 51.2, with a protein yield of 1.75%). The molecular mass of 26.4 kDa (SDS-PAGE) was unaffected by dithiothreitol or i-mercaptoethanol, indicating a single-chain protein. Immunoblotting with affinity-purified IgG from commercial bothropic antivenom also yielded a single protein band with the same molecular mass. The enzyme was also recognized by antibothropic IgG in ELISA and crossreacted with anti-human DNase II in western blots. The isoelectric point determined by 2Dgel electrophoresis was ~5.0. DNase II cleaved double-stranded DNA, denatured DNA and circular DNA (from the plasmids pGEM and pBR 322), but there was no degradation of RNA. The enzyme was active in the pH range of 4.5-5.5, with an optimum at 4.7; activity was lost at >50oC. The Km and Vmax were 10.1 µg/mL and 352.5 U/mg, respectively. Enzymatic activity was inhibited by aurintricarboxylic acid (25 µM), iodoacetamide (1 mM), DTT (1 mM) and Ca2+, Mg2+ and Zn2+ (100 mM), but not by EDTA (5 mM). In MDCK cells, DNase II produced cytoplasmic vacuolization, cell shrinkage and cell detachment from the substrate, as well as condensed and/or fragmented nuclei. DNase was cytotoxic to MDCK cells at > 400 U/mL (~20 µg/mL), caused DNA fragmentation, and increased the proportion of apoptotic cells. The apoptotic pathway stimulated by this enzyme involved the activation of caspases 3, 8 and 9, and a decrease in the expression of the anti-apoptotic protein Bcl2. These results show that B. alternatus venom is cytotoxic to MDCK cells, with part of this toxicity probably being mediated by DNase II. This enzyme induces apoptosis that could contribute to the general cytotoxicity of the venom
Subject: Desoxirribonucleases de sítio específico do tipo II
Purificação
Apoptose
Citotoxicidade
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2008
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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