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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.59.2014.tde-21082014-215055
Documento
Autor
Nome completo
Simone Cristina Barbosa
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2014
Orientador
Banca examinadora
Ciancaglini, Pietro (Presidente)
Cilli, Eduardo Maffud
Costa Filho, Antônio José da
Oliveira Junior, Osvaldo Novais de
Ramos, Ana Paula
Título em português
Estudo comparativo estrutura-mecanismo de ação da Labaditina e seu análogo linear: aplicação de técnicas biofísicas e simulação molecular
Palavras-chave em português
Labaditina.
Mecanismo de ação
Membrana
Peptídeo
Resumo em português
Labaditina é um decapeptídeo cíclico, hidrofóbico, extraído da Jatropha Multifida, uma planta da família Euphorbiaceae. É mais resistente à degradação proteolítica que seus respectivos isômeros lineares; e forma pontes de hidrogênio internamente, facilitando sua inserção em membrana biológica. Estudos tem mostrado que a restrição conformacional dos peptídeos cíclicos aumenta sua afinidade e especificidade à membrana. Devido à essas características físicas e às atividades biológicas apresentadas, tais como inibição da via clássica do sistema complemento humano in vitro e atividade antibacteriana para Streptococcus mutans, este peptídeo tem ganhado interesse biológico e farmacológico. Sobretudo, ainda não é conhecido seu mecanismo de ação. Devido à isso, os peptídeos Labaditina (Lo) e o análogo linear (L1), estruturalmente diferentes, foram estudados com o objetivo de obter informações quanto ao mecanismo de ação, interação e possíveis alterações estruturais frente a membranas biológicas. O comportamento do Lo e L1 foi avaliado na presença de diferentes composições de lipídios (DPPC, DPPC:Chol (9:1), DPPC:DPPS (8:2)) e de detergentes (SDS e LPC), utilizando sistemas miméticos de membrana: monocamada, micela e lipossomo. Em monocamada, sistema planar, foi observado um aumento da pressão superficial, provavelmente causado pela presença de peptídeo. Nos sistemas compostos por DPPC:Chol e DPPC:DPPS o efeito foi maior na presença do L1, sugerindo interação eletrostática entre o peptídeo e as monocamadas. Já o peptídeo Lo, por não possuir carga, apresentou maior interação com a monocamada de DPPC, por ser zwitteriônica. Resultados similares foram obtidos através do estudo com lipossomos constituídos por DPPC, DPPC:Chol (9:1) e DPPC:DPPS (8:2). Em todos os meios, através da espectrofotometria de fluorescência, foi observado um blue-shift, ou seja, migração do triptofano para um ambiente mais apolar. Para o Lo, isso foi maior na presença de DPPC; para o L1, na presença de DPPC:Chol e DPPC:DPPS. Através do DSC foi observado um aumento da entalpia e diminuição da cooperatividade (t1/2), causado pela presença de peptídeo na bicamada. Em DPPC:Chol (9:1) e DPPC:DPPS esse efeito foi maior na presença do L1; e em DPPC, na presença do Lo, confirmando os resultados anteriores. Essas interações peptídeo-mimético de membrana foram acompanhadas por mudanças conformacionais, observadas através do CD. O peptídeo Lo, tanto em meio aquoso, quanto na presença dos diferentes lipossomos está não-ordenado, entretanto, possui diferenças conformacionais em cada meio. O peptídeo L1 em meio aquoso apresenta estrutura ao acaso com interação entre os triptofanos, porém em DPPC e em DPPC:Chol (9:1) sofre alteração conformacional, distanciando os triptofanos; em DPPC:DPPS (8:2) sofreu alteração para -folha. Isso demonstra que a composição lipídica induz diferentes conformações nos peptídeos e pode afetar seu mecanismo de ação. No estudo com micelas também foi observado interação de ambos os peptídeos com SDS, e também com LPC. Em SDS os estudos sugerem que o L1 está mais inserido no meio apolar que o Lo; já em LPC, o Lo. Esses peptídeos também apresentaram alteração conformacional na presença das micelas. O peptídeo Lo, tanto em SDS, quanto em LPC, apresentou conformação não-ordenada, porém diferentes. Já o peptídeo L1 apresentou conformação -folha na presença de SDS e LPC, porém também com diferenças. Os resultados demonstram que o peptídeo com estrutura linear (L1) possui maior liberdade conformacional. Portanto, alguns fatores dirigem o processo de interação destes peptídeos: conformação e hidrofobicidade. Devido à diferença estrutural (cíclica e linear), esses peptídeos conferem diferentes hidrofobicidades, e isso interfere na conformação da molécula, além do meio lipídico. E finalizando o estudo, foi identificado através da DM que o resíduo de triptofano da posição 2 é o aminoácido mais inserido no meio apolar das micelas, após interação. Assim, um possível mecanismo de interação do peptídeo Lo é baseado, inicialmente, na adsorção do peptídeo na superfície lipídica. Em seguida ocorre a interação hidrofóbica membrana-peptídeo, acompanhada pela inserção do triptofano da posição 2 na região mais profunda da membrana, induzindo alterações conformacionais na molécula mediante a interação, dos outros resíduos, com a membrana.
Título em inglês
Comparative study structure-mechanism of action of the Labaditin and its linear analogue: application of biophysical techniques and molecular simulation
Palavras-chave em inglês
Labaditin
Mechanism of Action
Membrane
Peptide
Resumo em inglês
Labaditin is a cyclic decapeptide with high hydrophobic character, extracted from Jatropha Multifida, a plant from Euphorbiaceae family. It is more resistant to proteolytic degradation than its corresponding linear isomers. Studies have been showed that conformational restriction of cyclic peptide increases its affinity and specificity to the membrane. Due to these physical characteristics and to the biological activities shown, such as inhibition of the classical pathway of human complement system in vitro and antibacterial activity for Streptococcus mutans, this peptide has attracted biological and pharmacological interest. However, neither the target nor the action mechanism are known yet. For this reason, the Labaditin (Lo) and the linear analogue (L1) peptides, different structures, were studied in an attempt to get information regarding the mechanism of action, interaction and possible conformational changes due to the interaction with biological membranes. The behavior of Lo and L1 was studied in the presence of different lipid compositions (DPPC, DPPC:Chol (9:1), DPPC:DPPS (8:2)) and of detergents (SDS and LPC), using membrane mimetic systems: monolayer, micelle and liposome. In monolayer, planar system, it was observed an increase of surface pressure, probably caused by the presence of peptide. In the systems composed by DPPC:Chol and DPPC:DPPS the effect was greater in the presence of L1, implying electrostatic interaction between the peptide and the monolayers. Lo peptide, on the other hand, due to the fact that it does not have charges, presented greater interaction with the DPPC monolayer, a zwitterionic molecule. Similar results were obtained through studies with liposome composed by DPPC, DPPC:Chol (9:1) and DPPC:DPPS (8:2). In all environments, through fluorescence spectroscopy, a blue-shift was observed, which means, migration of the tryptophan to a more non-polar environment. For Lo, it was higher in the presence of DPPC; for L1, in the presence of DPPC:Chol and DPPC:DPPS. Using the DSC technique an increase of enthalpy and a decrease of cooperativity was observed (t1/2), due to the presence of peptide in the bilayers. In DPPC:Chol (9:1) and DPPC:DPPS this effect was greater in the presence of L1; while in DPPC, in the presence of Lo, confirming the previous results. These peptide-membrane mimetic interaction was followed by conformational changes, observed through the CD. The Lo peptide has a unordered conformation in aqueous environment, and in the presence of liposomes also is unordered, although with differences. L1 peptide in aqueous environment presents random coil structure with interaction between tryptophan, but in DPPC and in DPPC:Chol (9:1) it suffers conformational changes, distancing tryptophan; in DPPC:DPPS (8:2) it changes to -sheet. This demonstrates that the lipidic composition induces conformational changes in peptides and it may affect their mechanism of action. In the study with micelles it was also observed interaction between peptides-SDS, and also with peptides-LPC. In SDS, the studies suggest that L1 is more inserted in the non-polar environment than Lo; in LPC, Lo is more inserted. These peptides also presented conformational changes in the presence of micelles. Lo peptide, both in SDS, and in LPC, presented unordered conformation, but differently. L1 peptide presented -sheet conformation in the presence of SDS and LPC, but also with differences. The results show that the peptide with linear structure (L1) has greater conformational liberty. Therefore, some factors are responsible to the interaction process of these peptides: conformation and hydrophobicity. Due to the structural difference (cyclic and linear), these peptides present different hydrophobicity, and it interferes in the conformation of the molecule, as well as the lipidic environment. On the last study it was identified through DM that the tryptophan residue from position 2 is the amino acid most inserted in the micelles, after interaction. Thus, a possible Lo peptide interaction mechanism is based, initially, on the adsorption of the peptide on the lipidic surface. Next, there is a hydrophobic interaction peptide-membrane followed by the tryptophan insertion of the position 2 in the deepest region of the membrane, inducing conformational changes in the molecule, through the interaction of the other residues with the membrane.
 
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Data de Publicação
2014-09-23
 
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