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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.60.2012.tde-26092012-150049
Document
Author
Full name
Felipe Augusto Cerni
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2012
Supervisor
Committee
Braga, Eliane Candiani Arantes (President)
Santos, Wagner Ferreira dos
Vilela, Suely
Title in Portuguese
Novo método de fracionamento da peçonha do escorpião Tityus serrulatus e caracterização eletrofisiológica das toxinas Ts6 e Ts7
Keywords in Portuguese
a-KTx
canais para potássio
eletrofisiologia
fracionamento de toxinas
neurotoxinas
Tityus serrulatus
Ts6
Ts7
Abstract in Portuguese
No Brasil, a espécie Tityus serrulatus (Ts) é a responsável pela maioria dos acidentes de envenenamento com escorpiões, bem como pela maior incidência de acidentes ocasionados por animais peçonhentos. Isso ocorre devido ao fato desta espécie possuir somente fêmeas, realizando uma reprodução assexuada (partenogênese), facilitando assim sua proliferação. Atualmente, existem 16 diferentes toxinas descritas provenientes da peçonha de Ts, sendo a Ts1 a mais abundante na peçonha solúvel. Dentre estas toxinas, as neurotoxinas com ação em canais para sódio e potássio são as que despertam maior interesse da comunidade científica, devido aos seus efeitos no envenenamento e especificidades por canais iônicos. As neurotoxinas com ação em canais para potássio são compostas por uma alfa-hélice e três fitas-beta antiparalelas, e são constituídas por 23-43 resíduos de aminoácidos. Essas estão classificadas em quatro famílias (?-, ?-, g- e k-KTx). A família ?-KTx é a de maior relevância e está dividida em 21 subfamílias. Estas toxinas com alta especificidade para diferentes subtipos de canais para sódio e potássio são de extrema importância, pois podem ser utilizadas como ferramentas terapêuticas específicas para células-alvo. Até o momento, nosso grupo realizava o isolamento dessas toxinas utilizando como primeira etapa de purificação a cromatografia da peçonha em coluna de CM-Celulose-52, segundo protocolo descrito por Arantes e colaboradores (1989). O presente trabalho padronizou um novo método de fracionamento inicial da peçonha utilizando a mesma coluna, porém incorporando o uso de CLAE (Cromatografia Liquida de Alta Eficiência), onde foi possível observar um perfil cromatográfico semelhante ao anterior (XIII Frações), porém com maior reprodutibilidade e praticidade. Algumas frações do método anteriormente descrito foram subdivididas em duas (VIA-VIB, VIIIA-VIIIB, IXA-IXB e XIA-XIB), demonstrando que o novo procedimento também apresenta melhor resolução dos componentes da peçonha. Utilizando o novo método, foram purificadas as toxinas Ts6 e Ts7. Os efeitos dessas toxinas foram avaliados em 14 diferentes tipos de canais para potássio (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG e Shaker), expressos em células de oócitos de Xenopus laevis, através da técnica de voltage-clamp com dois microeletrodos. A toxina Ts6 (1?M) demonstrou ter ação em 11 tipos de canais (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG e Shaker), porém nos canais Kv1.2, Kv1.3 e Shaker sua ação bloqueadora foi mais intensa. Através de experimentos de dose-resposta foi possível comprovar tal seletividade, demonstrando que a toxina Ts6 atua em quantidades extremamente baixas em ambos os canais (IC50 Kv1.2 = 6,19 ± 0,35 nM /IC50 Kv1.3 = 0,55 ± 0,20 nM). A toxina Ts7 (1?M) demonstrou ter ação em 11 tipos de canais para K+ (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4 Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv7.1, hERG e Shaker), porém a ação de bloqueio em vários subtipos de canais não apresentou diferenças significativas, mostrando baixa seletividade entre os canais analisados. Este trabalho foi de Resumo ii extrema importância por melhorar a reprodutibilidade, praticidade e resolução do método de fracionamento da peçonha de Ts, bem como por fornecer uma avaliação eletrofisiológica criteriosa das toxinas Ts6 e Ts7 em diferentes subtipos de canais para potássio. O presente estudo demonstra a potencial aplicação da toxina Ts6, seletiva para canais Kv 1.3, para o tratamento de doenças autoimunes. Além disso, indica o uso das toxinas Ts6 e Ts7 como ferramentas para o estudo de características estruturais e funcionais de canais para potássio.
Title in English
New fractionation procedure of Tityus serrulatus venom and electrophysiological characterization of toxins Ts6 and Ts7
Keywords in English
?-KTx
electrophysiology
fractionation of toxins
neurotoxins
potassium channels
Tityus serrulatus
Ts6
Ts7
Abstract in English
In Brazil, Tityus serrulatus (Ts) species is the responsible for the most scorpion accidents and also for the major incidence of accidents caused by venomous animals. About 16 different toxins of Ts venom have been listed so far, being Ts1 the major one. Among these toxins, the neurotoxins with action on sodium and potassium channels are the most interest in the scientific community, due to their effect in the envenomation and ion channel specificity. The neurotoxins with action on potassium channels are composed of an ?-helix and three ?-strands formed by 23-43 amino acid residues. They are classified into four families (?-, ?-, g- and ?- KTx). The ?-KTx family is the most relevant and is divided into 21 subfamilies. These toxins with high specificity for different subtypes of sodium and potassium channels are very important, because they can be used as therapeutic tools to specific target cells. Until now, the fractionation of these toxins was done using a CM-Cellulose-52 column, according to the protocol of Arantes and co-workers (1989). The present work standardized a new method of isolation using the same column, but incorporated the use of HPLC (High Performance Liquid Chromatography), in which was observed a chromatographic profile such as the previous one (XIII Fractions), however with high resolution and more practical. Some fraction of the previous method were divided in two subfractions (VIA-VIB, VIIIA-VIIIB, IXA-IXB e XIA-XIB), showing that the new method also present high resolution. Using the new method, it was isolated the Ts6 and Ts7 toxin. The effects of these toxins were evaluated in 14 different types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv1.6, Kv2.1, Kv3.1, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), which were expressed in Xenopus laevis oocytes using the voltage-clamp technique with twomicroelectrodes. The Ts6 toxin (1?M) shows to act on 11 types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), but the blocking of Kv1.2 and Kv1.3 was significantly more intense. Using dose-response experiments, it was possible to confirm this selectivity, in which Ts6 demonstrates to act in both channels in extremely low quantities (IC50 Kv1.2 = 6,19 ± 0,35 nM /IC50 Kv1.3 = 0,55 ± 0,20 nM). The Ts7 toxin (1?M) shows to act on 11 types of potassium channels (Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.5, Kv1.6, Kv4.3, Kv7.1, Kv7.2, Kv7.4, hERG and Shaker), but the blocking action on multiple subtypes channels showed no significant differences, showing low selectivity among the channels analyzed. This work was important to improve and facilitate the method of fractionation of Ts venom, as well as evaluate the electrophysiology properties of the toxins Ts6 and Ts7 of interacting with different types of potassium channels. These studies will be essential for future applications of these toxins as drugs to treat channelpathies or as tools to study potassium channels structurally and functionally.
 
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Publishing Date
2012-10-11
 
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