Novos enfoques no estudo dos mecanismos de ação de metaloproteinases e outras proteínas tóxicas envolvidas no envenenemento ofídico e lonômico

Abstract

Venenos e outras secreções animais vêm sendo explorados como fonte de substâncias ativas na hemostasia em mamíferos. Esses princípios ativos, com funções primárias na alimentação e defesa, afetam elementos chave de quase todas as vias fisiológicas animais, tendo um enorme potencial como base para o desenvolvimento de novas drogas. No envenenamento ofídico, hemorragias locais e sistêmicas são causadas em grande parte pela ação de metaloproteinases hemorrágicas presentes nos venenos (SVMPs). Os estudos com metaloproteinases até então descritos baseiam-se principalmente em metodologias bioquímicas clássicas. Neste trabalho, as metaloproteinases e suas interações com outras proteínas são abordadas através de técnicas de dinâmica molecular, ressonância plasmônica de superfície e proteômica quantitativa. O perfil de inibição da atividade proteolítica de SVMPs por inibidores teciduais de metaloproteinases (TIMPs) foi avaliado. Experimentos de modelagem e dinâmica molecular mostraram similaridades nas bases moleculares da interação das TIMPs tanto com SVMPs quanto com metaloproteinases endógenas (MMPs e ADAMs), seus alvos fisiológicos. O domínio rico-em-cisteínas das SVMPs da classe PIII está envolvido na interação com proteínas de matriz extracelular. Os sítios de interação do domínio rico-em-cisteínas de jararragina com fator de von Willebrand (vWF) foram identificados por ressonância plasmônica de superfície. Um modelo de interação entre os domínios das duas proteínas foi proposto. Considerando a presença de domínios A de vWF em diversas proteínas de matriz extracelular, o domínio de rico-em-cisteínas funcionaria direcionando as metaloproteinases para substratos específicos, promovendo hemorragia. Além disso, através de uma metodologia de proteômica quantitativa, foi verificada pela primeira vez a ação proteolítica de metaloproteinases em proteínas de matriz extracelular íntegra de células em cultura. Já no envenenamento lonômico, um quadro clínico hemorrágico é observado apesar da ausência de metaloproteinases no veneno. O estudo de proteínas tóxicas da lagarta Lonomia obliqua baseia-se no isolamento e caracterização bioquímica dos princípios ativos relacionados com aspectos da patologia do envenenamento. Nos últimos anos, esses estudos se focaram em uma única secreção da lagarta, identificando o seu potencial pró-coagulante, fibrin(ogen)olítico, hemolítico, edematogênico e nociceptivo. Neste trabalho, foram identificadas diferenças quali-quantitativas em quatro secreções venenosas de L. obliqua. A diferente participação de cada uma dessas secreções durante o contato com as lagartas pode levar a grande variabilidade de sintomas e gravidade do acidente. Utilizando a metodologia de microarranjos de DNA, analisamos o efeito do veneno da lagarta no padrão de expressão gênica de células em cultura e identificamos a expressão aumentada de genes possivelmente relacionados ao quadro clínico do envenenamento. Proteínas potencialmente tóxicas de L. obliqua descritas em um estudo de transcriptoma, juntamente com os dados de expressão gênica aqui demonstrados possibilitam uma maior compreensão dos efeitos do veneno na hemostasia e sintomas do lonomismo.

Animal venoms and other secretions have been explored as source of active substances on the mammal hemostasis. These active principles, which have primary function in feeding and defense, act on key elements of almost all physiologic pathways and have an enormous potential in the development of new therapeutic drugs. In ophidic envenomations, local and systemic hemorrhages are caused mainly by the action of hemorrhagic metalloproteinases from the venom (SVMPs). Previous studies with metalloproteinases were based mostly in classical biochemical methodologies. Here, the metalloproteinases and their interactions with other proteins were examined by molecular dynamics, surface plasmon resonance and quantitative proteomics methodologies. The inhibition profile of the SVMPs proteolytic activity by tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs) was evaluated. Modeling and molecular dynamics procedures showed similarities in the molecular bases of the interaction of TIMPs both with SVMPS and endogenous metalloproteinases (MMPs and ADAMs). PIII SVMP cysteine-rich domain is involved in the interaction with extracellular matrix proteins. Using surface plasmon resonance, we identified the interaction sites between jararhagin cysteine-rich domain and von WIllebrand factor (vWF). An interaction model of these two proteins was proposed. Considering the presence of vWF A domains in several matrix proteins, the cysteine-rich domain probably works targeting the metalloproteinases to specific substrates, leading to hemorrhage. Moreover, using a quantitative proteomic approach, it was shown for the first time the metalloproteinases proteolytic action upon organized extracellular matrix proteins in culture cells. In lonomic envenomation, a hemorrhagic clinical profile is observed regardless the absence of metalloproteinases. The caterpillar's toxic proteins studies are based on isolation and biochemical characterization of active principles related to the patophisiology of the envenomation. In the last few years, these studies were focused on one caterpillar's secretion, containing pro-coagulant, fibrin(ogen)olytic, hemolytic, edematogenic and nociceptive activities. In this work, we identified quali-quantitative differences in four Lonomia obliqua venomous secretions. The different participation of each of these secretions during the accident could lead to the variability of symptoms and severity of the envenomation. Using a microarray methodology, we analyzed the effects of the caterpillar venom on the cultured cells gene expression profile and identified increased expression of genes possibly involved with the clinical manifestations. Potentially toxic proteins from L. obliqua identified in a transcriptome study, together with the gene expression data described here allow a better understanding of the venom effects in hemostasis during lonomism.