Urease de Canavalia ensiformis : processamento diferencial por ninfas e adultos de Dysdercus peruvianus e formação de canal in vitro

Abstract

Ureases são enzimas que realizam hidrólise da uréia em amônia e dióxido de carbono e são isoladas de plantas, fungos e bactérias. A urease de C. ensiformis (JBU) tem algumas atividades biológicas independentes da sua atividade enzimática, como por exemplo: agregação plaquetária e efeito inseticida. O efeito inseticida é devido à liberação de um peptídeo interno por enzimas digestivas específicas dos insetos. Este peptídeo foi isolado, caracterizado e um análogo recombinante foi obtido e denominado Jaburetox-2Ec. Somente insetos com enzimas digestivas acídicas, como catepsinas, são capazes de liberar o peptídeo tóxico a partir da hidrólise de JBU. Insetos com enzimas básicas do tipo tripsina não são suscetíveis pois não há formação do peptídeo tóxico. Ninfas de D. peruvianus são sensíveis aos efeitos da JBU enquanto adultos não são. Este trabalho teve como objetivo estudar as diferenças enzimáticas entre os dois estágios do inseto para elucidar o processamento diferencial da JBU. Realizando a hidrólise in vitro da JBU com o homogeneizado de intestino de ninfas e adultos foi visto que tanto adultos como ninfas hidrolisam a JBU, mas somente ninfas liberam o peptídeo tóxico identificado pelo anticorpo específico anti-Jaburetox-2Ec. Ainda, através de ensaios enzimáticos utilizando substratos fluorogênicos e inibidores específicos, foi observada uma diferença no pH ótimo de atividade e na susceptibilidade a inibidores das enzimas digestivas presentes nos dois estágios. Substratos fluorogênicos correspondentes às regiões flanqueadoras do peptídeo dentro da JBU intacta foram desenhados e testados com os dois homogeneizados, o que também revelou que os homogeneizados dos dois estágios têm ação diferencial sobre estes substratos, sendo que ninfas liberariam mais eficientemente a extremidade Nterminal do peptídeo quando comparado aos adultos. Verificamos ainda que, em estudos eletrofisiológicos utilizando a técnica de “Planar Lipid Bilayer”, tanto a JBU como o Jaburetox-2Ec são capazes de se inserir em membrana lipídica planar, formando canais iônicos. Os canais formados pela JBU apresentaram quatro níveis de condutância majoritárias e seletividade para íons cloreto.

Ureases are enzymes that hydrolyze urea in ammonium and carbon dioxide and they have been isolated from plants, fungi and bacteria. Jackbean urease, from Canavalia ensiformis (JBU) displays biological activities unrelated from its enzymatic activity, as platelet aggregation and insecticide effect. This insecticide effect is due to the release of an internal peptide by insect specific digestive enzymes. This peptide was isolated, characterized and the recombinant peptide obtained was called Jaburetox- 2Ec. Only insects that rely on cathepsin-like digestive enzymes are able to hydrolyze JBU and release the toxic peptide. Insects with alkaline enzymes like tripsins are not susceptible because they don’t release the toxic peptide. Nymphs of D. peruvianus are susceptible to JBU effects while adults are not. The goal of this work was to study the enzymatic differences between both insect stages to elucidate JBU’s differential processing. In vitro hydrolysis were performed with nymphs and adults midgut homogenates and we observed that both adults and nymphs hydrolyze JBU but only nymphs are able to release the toxic peptide identified by Jaburetox-2Ec antibodies. Furthermore, in enzymatic assays using different fluorogenic substrates and specific inhibitors a difference in optimum pH and susceptibility to inhibitors of the digestive enzymes in both stages was observed. Fluorogenic substrates corresponding to the flanking regions of the peptide inside the intact JBU were produced and tested with both homogenates. Homogenates from both stages have differential action upon these substrates, considering that nymphs hydrolyses more efficiently the N-terminal of the peptide compared to adults. In electrophysiological studies using the Planar Lipid Bilayer technique we verify that JBU and Jaburetox-2Ec are able to insert in planar lipid membrane forming ionic channels. JBU’s channels display four major conductance levels and selectivity for chloride íons.