Estudos estruturais e biológicos do peptídeo StigA15 e a relação com o protótipo natural Stigmurina

Due to the broad spectrum of biological activities reported in the literature for peptides present in scorpion venoms, an increase in the studies of these molecules has been observed, especially of antimicrobial peptides, which are investigated as strategic alternatives to face problems such as r...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Rodrigues, Suedson de Carvalho Silva
Outros Autores: Araújo, Renata Mendonça
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Brasil
Assuntos:
Peptídeo antimicrobiano
Interação peptídeo-membrana
Estrutura
Relação estrutura atividade
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28126
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Rodrigues, Suedson de Carvalho Silva
Estudos estruturais e biológicos do peptídeo StigA15 e a relação com o protótipo natural Stigmurina
description Due to the broad spectrum of biological activities reported in the literature for peptides present in scorpion venoms, an increase in the studies of these molecules has been observed, especially of antimicrobial peptides, which are investigated as strategic alternatives to face problems such as resistance to conventional antibiotics. It is known that the mechanism of action of antimicrobial peptides occurs in large part by the interaction with microorganism membrane, causing destabilization of the lipid bilayer and resulting in the formation of pores, which lead to cell lysis. However, details of these interactions are not yet completely known and significant variation may occur from peptide to peptide, therefore, membrane-peptide interaction studies with biomimetic environments are necessary. The present study proposes the synthesis and chemical characterization of the bioactive peptide StigA15, designed from the primary sequence of Stigmurin, antimicrobial peptide identified from Tityus stigmurus transcriptome. The peptide was obtained from Fmoc solid phase peptide synthesis. Isothermal Titration Calorimetry (ITC), Circular Dichroism (CD) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy were used as the main research tools and the respective experiments were performed in mimetic membrane environments. The activity of StigA15 when compared to Stigmurin revealed that the substitution of two serine residues by two charged lysines resulted in higher activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria, as well as against fungi. According to preliminary studies, it has been identified that StigA15 has a higher hydrophobic moment and therefore could be inserted more deeply in the membrane than Stigmurin. StigA15 presents selectivity towards pattogen cells, since it presents very low hemolysis rates at the active antimicrobial concentrations. This selectivity is further supported by ITC experiments that indicated significatly stronger interactions of StigA15 with anionic vesicles, when compared to zwitterionic vesicles. CD and NMR spectroscopies indicated that the peptide adopts helical conformations in membrane mimetic enviorenments. In addition, NMR spectroscopy proved that the peptide shows high amphipathicity which is, together with its net positive charge (+4), a feature commonly found in several antimicrobial peptide sequences. Therefore, here is presented a novel peptide sequence with high biotechnological potential.
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It is known that the mechanism of action of antimicrobial peptides occurs in large part by the interaction with microorganism membrane, causing destabilization of the lipid bilayer and resulting in the formation of pores, which lead to cell lysis. However, details of these interactions are not yet completely known and significant variation may occur from peptide to peptide, therefore, membrane-peptide interaction studies with biomimetic environments are necessary. The present study proposes the synthesis and chemical characterization of the bioactive peptide StigA15, designed from the primary sequence of Stigmurin, antimicrobial peptide identified from Tityus stigmurus transcriptome. The peptide was obtained from Fmoc solid phase peptide synthesis. Isothermal Titration Calorimetry (ITC), Circular Dichroism (CD) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy were used as the main research tools and the respective experiments were performed in mimetic membrane environments. The activity of StigA15 when compared to Stigmurin revealed that the substitution of two serine residues by two charged lysines resulted in higher activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria, as well as against fungi. According to preliminary studies, it has been identified that StigA15 has a higher hydrophobic moment and therefore could be inserted more deeply in the membrane than Stigmurin. StigA15 presents selectivity towards pattogen cells, since it presents very low hemolysis rates at the active antimicrobial concentrations. This selectivity is further supported by ITC experiments that indicated significatly stronger interactions of StigA15 with anionic vesicles, when compared to zwitterionic vesicles. CD and NMR spectroscopies indicated that the peptide adopts helical conformations in membrane mimetic enviorenments. In addition, NMR spectroscopy proved that the peptide shows high amphipathicity which is, together with its net positive charge (+4), a feature commonly found in several antimicrobial peptide sequences. Therefore, here is presented a novel peptide sequence with high biotechnological potential. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Devido ao amplo espectro de atividades biológicas relatadas na literatura para peptídeos presentes na peçonha de escorpiões, tem sido observado um aumento nos estudos dessas moléculas, principalmente os peptídeos antimicrobianos, que são investigados como alternativas estratégicas para enfrentar problemas como a resistência a antibióticos convencionais. Sabe-se que o mecanismo de ação de peptídeos antimicrobianos ocorre, em grande parte, pela interação dos mesmos com a membrana do microrganismo, causando desestabilização da bicamada lipídica, resultando na formação de poros que levam à lise celular. Entretanto, os detalhes dessas interações ainda não são totalmente conhecidos e podem variar significativamente de peptídeo para peptídeo, por isso, estudos da interação peptídeo-membrana em meios biomiméticos fazem-se necessários. O presente trabalho propôs a síntese e caracterização de um potencial peptídeo bioativo, denominado StigA15. Esse peptídeo foi arquitetado a partir da sequência primária da Stigmurina, peptídeo antimicrobiano originalmente identificado no transcriptoma da espécie Tityus stigmurus. O peptídeo StigA15 foi obtido por síntese de peptídeos em fase sólida, via estratégia Fmoc. Foram então empregadas, como ferramentas principais de investigação, a Calorimetria de Titulação Isotérmica (ITC) e as espectroscopias de Dicroísmo Circular (CD) e Ressonância Magnética Nuclear (RMN) para o peptídeo análogo. Todos esses experimentos foram desenvolvidos em meios que mimetizam os ambientes de membranas. Para o peptídeo StigA15, observou-se que a substituição por duas lisinas, resultou no aumento na atividade contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas e contra fungos, sendo o peptídeo StigA15 mais ativo para essas cepas do que o peptídeo nativo. Segundo estudos preliminares, identificou-se que o StigA15 possuía maior momento hidrofóbico e que por isso poderia se inserir mais na superfície da membrana e interagir de maneira mais efetiva do que a Stigmurina. Pôde-se observar uma seletividade para células microbianas em relação às células eucarióticas no peptídeo StigA15, por apresentar uma taxa de hemólise baixa nas concentrações ativas contra os microrganismos. Isso foi confirmado por estudos de ITC que demonstraram a maior interação de StigA15 em vesículas aniônicas do que em vesícula zwitteriônicas. Verificou-se, por espectroscopias de CD e RMN, que o peptídeo se estruturava em - hélice quando em contato com meios miméticos de modelos de membranas. Além disso, foi comprovado por RMN uma alta anfipacidade do StigA15 o que, juntamente com sua carga líquida positiva (+4), é propriedade bastante recorrente em peptídeos com significativa atividade antimicrobiana. Portanto, apresenta-se um peptídeo inédito com alto potencial biotecnológico. 2019-12-04T22:49:57Z 2019-12-04T22:49:57Z 2019-07-22 masterThesis RODRIGUES, Suedson de Carvalho Silva. Estudos estruturais e biológicos do peptídeo StigA15 e a relação com o protótipo natural Stigmurina. 2019. 103f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28126 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

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