Avaliação da função, estrutura e mecanismos de ação de análogos de mastoparano-L gerados por estratégia in silico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oshiro, Karen Garcia Nogueira
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/50284
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2023.
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spelling Avaliação da função, estrutura e mecanismos de ação de análogos de mastoparano-L gerados por estratégia in silicoMastoparanosPeptídeos antimicrobianosBiologia estruturalTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2023.Escherichia coli consiste em uma bactéria altamente versátil capaz de adquirir fatores de virulência específicos, resultando em patótipos que podem causar uma gama de doenças infecciosas, como infecções no trato urinário, gastroenterite, sepse entre outras. Consequentemente, há uma necessidade de identificar novos fármacos antimicrobianos considerando o desenvolvimento de resistência bacteriana a um amplo espectro de antibióticos. Os mastoparanos são em sua maioria peptídeos catiônicos com propriedades farmacológicas multifuncionais. Mastoparans-R1 e R4 foram projetados computacionalmente com base no mastoparano-L nativo de vespas e têm potencial terapêutico aprimorado para o controle de infecções bacterianas. Aqui avaliamos se esses peptídeos mantêm sua atividade contra cepas de E. coli em uma faixa de concentração fisiológica de sal. Descobrimos que os mastoparanos-R1 e R4 preservaram sua atividade nas condições testadas, incluindo atividades antibacterianas em concentrações salinas fisiológicas. A estrutura secundária geral dos peptídeos foi investigada usando espectroscopia de dicroísmo circular em uma variedade de solventes. Não foram observadas alterações significativas na estrutura secundária (arranjo aleatório em soluções aquosas e α-hélice em ambientes hidrofóbicos e aniônicos). As estruturas tridimensionais de mastoparano-R1 e R4 foram elucidadas por espectroscopia de ressonância magnética nuclear, revelando segmentos α-helicoidais anfipáticos para Leu3- Ile13 (mastoparano-R1) e Leu3-Ile14 (mastoparano-R4). Possíveis mecanismos de associação de membrana para mastoparano-R1 e R4 foram investigados por ressonância plasmônica de superfície e estudos de extravasamento de carboxifluorosceína com bicamadas lipídicas e vesículas sintéticas de POPC e POPC/POPG (4:1). Mastoparano-L teve a maior afinidade para ambos os sistemas de membrana, enquanto os dois análogos tiveram associação mais fraca, porém com maior seletividade em lisar membranas aniônicas. Esses achados também corroboram com simulações de dinâmica molecular, onde os peptídeos mastoparano-R1 e R4 têm maiores interações com membranas miméticas bacterianas em comparação com modelo de membranas de mamíferos. Apesar de apresentarem algumas diferenças em seus perfis funcional e estrutural, o análogo de mastoparano-R1 se destacou pela sua melhor atividade contra o isolado clínico, maior potencial bacteriostático, bactericida (2 - 2 µM), seletividade para lise de vesícula aniônica em concentração ~3x menor do que vesícula zwiteriônica. Este estudo reforça o potencial do mastoparano-R1 como candidato a fármaco, bem como modelo para estudo e desenvolvimento de peptídeos antimicrobianos mais seletivos.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).Escherichia coli consists of a highly versatile bacterium capable of acquiring specific virulence factors, resulting in pathotypes that can cause a range of infectious diseases, such as urinary tract infections, gastroenteritis, and sepsis, among others. Consequently, there is a need to identify new antimicrobial drugs considering the development of bacterial resistance to a broad antibiotics spectrum. Mastoparans are cationic peptides with multifunctional pharmacological properties. Mastoparans-R1 and R4 were computationally designed based on native mastoparan-L from wasps and have improved therapeutic potential for bacterial infection control. Here we evaluated whether these peptides maintain their activity against Escherichia coli strains under a range of salt concentrations. We found that mastoparans-R1 and R4 preserved their activity under the conditions tested, including having antibacterial activities at physiological salt concentrations. The overall peptide structures were investigated by using circular dichroism spectroscopy in a range of solvents. Nonsignificant modifications in the secondary structure were observed (random coil in aqueous solutions and α-helix in hydrophobic and anionic environments). The three-dimensional structures of mastoparan-R1 and R4 were elucidated through nuclear magnetic resonance spectroscopy, revealing amphipathic α-helical segments for Leu3-Ile13 (mastoparan-R1) and Leu3-Ile14 (mastoparan-R4). Possible membrane-association mechanisms for mastoparan-R1 and R4 were investigated through surface plasmon resonance and leakage studies of carboxyfluorescein with lipid bilayers and synthetic vesicles of POPC and POPC/POPG (4:1). Mastoparan-L had the highest affinity for both membrane systems, whereas the two analogs had the weaker association, but improved selectivity for lysing anionic membranes. This finding was also supported by molecular dynamics simulations, in which mastoparan-R1 and R4 were found to have greater interactions with bacteria-like membranes compared to model mammalian membranes. Despite having a few differences in their functional and structural profiles, the mastoparan-R1 analog stood out for the better activity against the clinical isolate, greater bacteriostatic, bactericidal potential (2 - 2 µM), selectivity for anionic vesicle lysis at ~3x lower concentration than zwitterionic vesicle. This study reinforces the potential of mastoparan-R1 as a drug candidate, as well as a model for the study and development of more selective antimicrobial peptides.Faculdade de Medicina (FMD)Programa de Pós-Graduação em Patologia MolecularFranco, Octávio LuizCardoso, Marlon Henrique e SilvaOshiro, Karen Garcia Nogueira2024-09-03T19:50:09Z2024-09-03T19:50:09Z2024-09-032023-06-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfOSHIRO, Karen Garcia Nogueira. Avaliação da função, estrutura e mecanismos de ação de análogos de mastoparano-L gerados por estratégia in silico. 2023. 149 f., il. Tese (Doutorado em Patologia Molecular) — Universidade de Brasília, Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio.unb.br/handle/10482/50284porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-09-03T19:50:09Zoai:repositorio.unb.br:10482/50284Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-09-03T19:50:09Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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