Caracterização do efeito eletrofisiológico das mutações I1596S e V1627M em canais de sódio dependentes de voltagem associados à epilepsia e o efeito da toxina Tst2 isolada do escorpião Tityus stigmurus

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Menezes, Luis Felipe Santos
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47478
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2023.
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Mudanças na cinética desses canais podem ocorrer tanto devido a mutações nos genes que codificam os canais iônicos acarretando as canalopatias (por exemplo, a epilepsia e a arritmia) quanto por efeito de toxinas de animais (como a dos escorpiões). A epilepsia é uma doença causada por uma atividade elétrica anormal cerebral. Ela pode ser focal, generalizada, focal e generalizada combinados ou desconhecida. Infecções (viral ou bacteriana no cérebro), doenças autoimunes, causas adquiridas e mutações genéticas são as principais etiologias. Dentre as mutações, pode-se citar as ocasionadas nos genes que expressam canais iônicos dependentes de voltagem (Na+ , K+ , Ca2+ e Cl- ), como as no gene SCN2A que codifica o canal Nav1.2. A variante I1596S foi associada à epilepsia por causar convulsão neonatal infantil benigna (BFNIS); a variante V1627M está associada à epilepsia da infância com crises focais migratórias (EIMFS) e a variante L1650P foi descrita por estar relacionada à encefalopatia epiléptica infantil precoce (EIEE). Muito do que se conhece acerca da estrutura e função dos canais de Na+ se deu por meio do uso de ligantes específicos a essas proteínas, entre os quais as toxinas de escorpiões, em especial as que pertencem à família Buthidae. As espécies desta família são de maior importância médica pelo número e gravidade dos acidentes causando por suas espécies em humanos. A peçonha desses animais também tem se mostrado importante por seu potencial biotecnológico pela presença de moduladores de canais iônicos. A Tst2 é um peptídeo obtido na peçonha do escorpião Tityus stigmurus que possui alta porcentagem de identidade com peptídeos que possuem ação em canais de sódio dependentes de voltagem (NaScTxs). Os objetivos desse trabalho foram a avaliação do efeito das variantes patogênicas I1596S, V1627M e L1650P, associadas à epilepsia, na cinética dos canais Nav1.2 humanos mutados e a realização da caracterização eletrofisiológica do peptídeo Tst2 em canais Navs. Como resultado obteve-se que a cinética do canal com a variante I1596S teve a probabilidade de abertura na ativação alterada para potenciais mais hiperpolarizados e a probabilidade de abertura na inativação alterada para potenciais menos hiperpolarizados, e a mutação V1627M fez com que o canal Nav1.2 tivesse uma recuperação lenta da inativação mais acelerada que a do controle. Em relação a Tst2, a caracterização eletrofisiológica do efeito do peptídeo (100 nM) foi realizada nos canais de sódio dependentes de voltagem (Nav1.1-Nav1.7). Para a probabilidade de abertura na ativação, o canal mais afetado foi o Nav1.1 (com pré pulso) e Nav1.7 (sem pré pulso). Nav1.3 foi o mais afetado na probabilidade de abertura na inativação e Nav1.4 na recuperação da inativação lenta do canal. Não foram observadas alterações na inativação rápida de nenhum subtipo testado. O canal Nav1.2 é expresso no sistema nervoso central (predomínio nos neurônios glutamatérgicos). Dito isso, mutações no gene SCN2A que geram ganho de função podem acarretar a atividade elétrica anormal cerebral. Por fim, o peptídeo Tst2 possui alta porcentagem de identidade com peptídeos tanto alfa quanto beta. Após a caracterização eletrofisiológica pode-se observar apenas a atividade de beta toxina, sendo o efeito observado de deslocamento da probabilidade de abertura dos canais devido ao aprisionamento do sensor de voltagem do domínio II em um estado pré ativado. Além disso, foi observada a redução da macrocorrente devido à passagem de alguns canais do estado fechado diretamente para o estado inativado. A caracterização eletrofisiológica da cinética da variante L1650P ainda não foi realizada e o sequenciamento parcial do peptídeo Tst2 está sendo realizado em colaboração com o grupo do Prof Lourival Possani do Instituto de Biotecnologia da UNAM, México.Voltage-gated sodium channels (Nav) are responsible for the initiation and propagation of the action potential. These channels are distributed throughout the body and have nine different subtypes (Nav1.1-Nav1.9). Structurally, they have four transmembrane domains, with each domain having six α-helices (S1-S6) and two or three β subunits. Changes in the kinetics of these channels can occur due to mutations in the genes that encode ion channels, resulting in channelopathies (eg epilepsy and arrhythmia) and the effect of animal toxins. Epilepsy is a disease caused by abnormal electrical activity in the brain. It can be focal, generalized, focal and generalized combined, or unknown. Infections (viral or bacterial in the brain), autoimmune diseases, acquired causes and genetic mutations are the main etiologies. Among the mutations, we can mention those caused in the genes that express voltage-dependent ion channels (Na+ , K+ , Ca2+ and Cl- ), such as those in the SCN2A gene that encodes the Nav1.2 channel. The I1596S variant has been associated with epilepsy by causing benign neonatal infantile seizure (BFNIS); the V1627M variant is associated with childhood epilepsy with focal migratory seizures (EIMFS) and the L1650P variant has been described to be related to early infantile epileptic encephalopathy (EIEE). Furthermore, the scorpions of the Buthidae family are of greater medical importance due to the number and severity of accidents caused by their species in humans. The venom of these animals has also been shown to be important for its biotechnological potential due to the presence of ion channel modulators. Tst2 is a peptide obtained from the venom of the scorpion Tityus stigmurus that has a high percentage of identity with peptides that act on voltage-gated sodium channels (NaScTxs). The objectives of this work were to evaluate the effect of the pathogenic variants I1596S, V1627M and L1650P, associated with epilepsy, on the kinetics of mutated human Nav1.2 channels and to carry out the electrophysiological characterization of the Tst2 peptide in Navs channels. As a result, it was found that the channel kinetics with the I1596S variant had the probability of opening upon activation altered for more hyperpolarized potentials and the probability of opening upon inactivation altered for less hyperpolarized potentials, and the V1627M mutation caused the Nav1. 2 had a slower recovery from inactivation that was faster than the control. The electrophysiological characterization (Nav1.1-Nav1.7) of the peptide Tst2 (100 nM) was performed. For the probability of opening on activation, the most affected channel was Nav1.1 (with pre-pulse) and Nav1.7 (without pre-pulse). Nav1.3 was most affected in the probability of opening on inactivation and Nav1.4 in the recovery of slow channel inactivation. No changes were observed in the rapid inactivation of any subtype tested. The Nav1.2 channel is expressed in the central nervous system (predominance in glutamatergic neurons). That said, mutations in the SCN2A gene that generate gain of function can lead to abnormal brain electrical activity. Finally, the Tst2 peptide has a high percentage of identity with both alpha and beta peptides. After the electrophysiological characterization, only the beta toxin activity could be observed, with the observed effect of shifting the probability of channel opening due to the entrapment of the domain II voltage sensor in a pre-activated state. In addition, a reduction in the macrocurrent was observed due to the passage of some channels from the closed state directly to the inactivated state. The electrophysiological characterization of the kinetics of the L1650P variant has not yet been carried out and the partial sequencing of the Tst2 peptide is being carried out in collaboration with Prof. Lourival Possani's group from the Institute of Biotechnology at UNAM, Mexico.Instituto de Ciências Biológicas (IB)Departamento de Biologia Celular (IB CEL)Programa de Pós-Graduação em Biologia MolecularFerroni, Elisabeth NogueiraMenezes, Luis Felipe Santos2024-01-24T18:20:59Z2024-01-24T18:20:59Z2024-01-242023-03-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMENEZES, Luis Felipe Santos. Caracterização do efeito eletrofisiológico das mutações I1596S e V1627M em canais de sódio dependentes de voltagem associados à epilepsia e o efeito da toxina Tst2 isolada do escorpião Tityus stigmurus. 2023. 111 f., il. Tese (Doutorado em Biologia Molecular) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47478A 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/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-01-24T18:20:59Zoai:repositorio.unb.br:10482/47478Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-01-24T18:20:59Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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