Atividade antiplasmodial e mecanismo de ação da violaceína em Plasmodium falciparum
| Autor: | Tavella, Tatyana Almeida, 1990 |
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| Přispěvatelé: | Costa, Fabio Trindade Maranhão, 1972, Bilsland, Elizabeth, 1973, Brocchi, Marcelo, Aguiar, Anna Caroline Campos, Garcia, Célia Regina da Silva, Wrenger, Carsten, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS |
| Rok vydání: | 2019 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientadores: Fabio Trindade Maranhão Costa, Elizabeth Bilsland Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Na malária, parasitas do gênero Plasmodium precisam lidar com diferentes tipos de estresse para estabelecer infecções bem sucedidas. As espécies tóxicas reativas de oxigênio e o heme livre (ferro / ferrroprotoporfirina IX) gerados como resultado da degradação da hemoglobina representam uma ameaça à sobrevivência do parasita. Além disso, o protozoário enfrenta um choque térmico de aproximadamente 10°C durante a transmissão do mosquito anofelino para o hospedeiro humano, enfrentando variações constantes de temperatura decorrentes de episódios de febre do hospedeiro infectado. Assim, é compreensível que genes do sistema chaperônico componham cerca de 2% do seu genoma. Moléculas orgânicas derivadas do metabolismo secundário de microorganismos são fontes preciosas de "probes", ou sondas naturais que nos permitem entender a função de proteínas específicas e vias importantes dentro de um contexto biológico. Nos últimos 200 anos, os produtos naturais ocuparam um lugar de destaque no tratamento e controle da malária, com os principais antimaláricos da história sendo direta ou indiretamente derivados de produtos naturais. A violaceína é um composto natural de coloração púrpura, produzido pelo metabolismo secundário de bactérias gram-negativas (e.g. Chromobacterium violaceum). Apesar de centenas de estudos publicados na literatura reportando sua atividade biológica in vitro e in vivo contra células cancerosas e diferentes patógenos como vírus, bactérias, fungos e protozoários, incluindo a capacidade de controlar a malária em camundongos, um mecanismo de ação que explique a toxicidade da violaceína em uma gama de organismos distintos permanece desconhecido. No presente trabalho utilizamos o Chemical Genomic Profiling, ou HIP (Happloinsufficiency proffiling) em modelo de levedura para elucidar o mecanismo de ação da violaceína. A estratégia abordada nos forneceu uma lista com 6 potenciais hits para o composto, sendo 2 deles cochaperonas da HSP90. Quando observamos o crescimento de todas as leveduras heterozigotas para genes componentes do sistema chaperônico, nota-se uma suceptibilidade comum ao tratamento com o composto, sugerindo que a violaceína possa afetar a via das chaperonas de maneira geral. Nós investigamos a capacidade da violaceína de interagir com 3 chaperonas principais em Plasmodium: PfHsp90, TriC e PfHsp70. Consistente com os dados encontrados, o composto mostrou-se capaz de se ligar e termoestabilizar o domínio N-terminal da PfHSP90 e inibir completamente a atividade ATPásica da PfHSP70 em doses baixas, comprometendo sua capacidade de prevenir a formação de agregados proteicos em aproximadamente 70% em doses equimolares de proteína e composto (Hsp70: violaceina), além de induzir a aceleração da agregação de um modo independente de chaperonas. Outras características típicas de inibidores de chaperonas também foram observadas em parasitos tratados com violaceína, como o unfolding de proteínas e intensa degradação proteica via proteasoma. Apesar da intensa proteólise em parasitos tratados com violaceína, a síntese protéica não foi inibida, possivelmente na tentativa de compensar a perda de proteínas essenciais pelo proteasoma. No entanto, o processo de síntese proteica é altamente dependente de chaperonas para que seja bem sucedido, reforçando o colapso da proteostase induzido pela violaceína. Curiosamente, gametócitos falciparum maduros (Estágio V), os responsáveis pela transmissão da doença, são mais suceptíveis a ação da violaceína do que estágios assexuados. Esse dado reforça que estratégias que afetam o turnover de proteínas parecem ser importantes para o bloqueio da transmissão da malária Abstract: Parasites of Plasmodium genus must deal with different types of stress to establish the malarial infection. The toxic reactive species of oxygen and free heme (iron / ferriprotoporphyrin IX) generated as a result of haemoglobin degradation represent a threat to parasite survival. In addition, the protozoa faces a heat shock of approximately 10°C during the transmission from the anopheline mosquito to human host, experiencing constant temperature variations due to patients¿ episodes of fever. Thus, it is understandable that chaperone system genes make up about 2% of parasite genome. Organic molecules derived from the secondary metabolism of microorganisms are precious sources of natural probes that allow us to understand function of specific proteins and important pathways within a biological context. In the last 200 years, natural products have been prominent in malaria chemotherapy and control, with the major antimalarials in history being directly or indirectly derived from natural products. Violacein is a naturally occurring purple-colored compound produced by the secondary metabolism of gram-negative bacteria (e.g. Chromobacterium violaceum). Although hundreds of studies published in the literature report its biological activity in vitro and in vivo against cancer cells and different pathogens such as viruses, bacteria, fungi and protozoa, including the ability to control malaria in mice; a mechanism of action that fulfills violacein general toxicity against a wide variety of organisms remains unknown. In the present work, we used the Chemical Genomic Profiling (CGP), or HIP approach using yeast model to elucidate the mechanism of action of violacein. Interestingly, the strategy provided us a list of 6 possible hits, 2 of which are cochaperones of Hsp90. When we analyze fitness defect scores for all yeast strains carrying heterozygous genes for components of the chaperone system (178 genes out of ~6000), we can observe a common susceptibility to the compound, providing a strong indication that violacein might be affecting the chaperone system as a whole. We have investigated violacein interaction with three major components of chaperone system: PfHsp90, PfTRiC and PfHsp70. In agreement with our CGP data, the compound was able to bind to PfHSP90 and completely inhibit PfHSP70 activity at low doses, in a way to compromise, in about 70%, its ability to prevent protein aggregates at equimolar doses of protein and compound. Violacein was also shown to induce acceleration of aggregation in a chaperone independent manner. In addition, other typical characteristics of chaperone inhibitors have been observed in parasites treated with violacein, such as protein unfolding and intense proteasome degradation. Curiously, we were unable to detect activation of the Unfolded Protein Response, as eIf2-? remained unphosphorylated. Regardless of intense proteolysis, protein synthesis was not inhibited, possibly in an attempt to compensate for the loss of essential proteins by the proteasome. However, the protein synthesis itself is a process highly dependent on chaperones to succeed, reinforcing parasite proteostasis collapse induced by violacein. Interestingly, mature falciparum gametocytes (Stage V), those responsible for transmitting the disease, are more susceptible to violacein than asexual stages. This data reinforces that strategies targeting protein turnover seem to be important for blocking malaria transmission Doutorado Imunologia Doutora em Genética e Biologia Molecular CAPES 001 FAPESP 2012/165254-2 ; 2017/18611-7 |
| Databáze: | OpenAIRE |
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