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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.60.2014.tde-17042015-104826
Documento
Autor
Nome completo
Daniel Petinatti Pavarini
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2014
Orientador
Banca examinadora
Lopes, Norberto Peporine (Presidente)
Bastos, Jairo Kenupp
Cavalheiro, Alberto Jose
Furlan, Maysa
Teixeira, Simone de Pádua
Título em português
Investigação multidisciplinar da biossíntese de sesquiterpenos bioativos de Lychnophora ericoides (Vernonieae: Asteraceae)
Palavras-chave em português
Antinociceptivos
Clonagem
HS-SPME
MALDI imaging
Terpenos
Resumo em português
Lychnophora (Vernonieae: Asteraceae) é um gênero micro-endêmico dos "campus rupestris" do bioma Cerrado. Os extratos foliares de Lychnophora ericoides ("Arnica-da-serra") são usados na terapêutica popular principalmente como analgésico. Seus óleos essenciais são quimicamente ricos em sesquiterpenos. Tais compostos, principalmente os de esqueletos bisabolano e cadinano são produtos biossintéticos do precursor cátion nerolidila. Óleos essenciais de folhas de L. ericoides são bioativos frente a invertebrados do Táxon Acari. Um de seus componentes majoritários, o orto-acetoxi bisabolol, é antinociceptivo em ensaios in vitro. Terpenos são valorizados pela indústria de química fina, haja vista sucessos como Taxol® e Acheflan®. Nossos objetivos em Fitoquímica e Ciências Farmacêuticas se alinham a esse interesse. As terpeno-sintases (TerpS) envolvidas na biossínteses dos compostos são ainda alvo de pesquisas com em Bioquímica. Sua identificação é frequentemente conclusiva em diversos aspectos. Como exemplo, citamos a compreensão dos mecanismos da variabilidade metabólica temporal em espécies nativas e selvagens e os avanços na bioengenharia de Produtos Naturais (PN). Frente a este cenário de fronteira este manuscrito traz um resumo da investigação que objetivou determinar se há diversas isoformas de TerpS operando na produção temporalmente variável de sesquiterpenos bioativos em tecidos foliares de Lychnophora ericoides ou se não as há. Acessamos diferentes amostras selvagens de L. ericoides in situ. Nossos esforços em responder a questão supracitada foram divididos em tarefas, a seguir: (1) Determinação da fração rica em sesquiterpenos inspirada na "Química Analítica Verde"; (2) MALDI imaging das proteínas das folhas; (3) Estratégia "omics" combinada na identificação e clonagem das TerpS. Visitamos campos de ocorrência (CampO) georreferenciados bem como desconhecidos. O desenvolvimento de método de quantificação por Headspace-SPME permitiu uma comparação rápida e livre de solventes de amostras vegetais mínimas (10 mg). A separação e identificação foi conduzida por Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). As amostras de Diamantina, CampO mais Boreal de todos, apresentam a maior quantidade de derivados bisabolano. A hidrodestilação do material vegetal excedente ao HS-SPME forneceu óleos essenciais para o isolamento de moléculas. Dados espectrais diversos fundamentam a descrição de um derivado cadinano, o 11-dehidro cadinol, entre outros. O MALDI imaging determinou como exequível a geração de imagens moleculares em folhas de L. ericoides. Foram geradas imagens subepidermais dos íons com m/z que se assemelham a cadinano e bisabolano synthases (CadS and BS). A limitação do emprego da técnica é a determinação previa da massa nominal da proteína nativa. Polyacrylamide Gel Electrophoresis (1D-PAGE) gerou mapas de proteínas separadas por tamanho (A, B, C, e D) (30KDa> m/z <80KDa). A digestão com tripsina das bandas geraram peptídeos para análise em MS. Íons resultantes alimentaram o algorítimo MASCOT. Uma isoforma de germacrano-sintase foi identificada. Prospecção de genes codificadores com o cDNA (Ubiquitina +) determinou uma BS, de comprimento 1600pb, amplificada com primers de design para genes de Helianthus spp. A BS de L. ericoides foi clonada. Concluindo, destacamos dois pontos. (1) O controle enzimático na produção dos sesquiterpenos poderá enfim ser averiguada a nível do transcriptoma. (2) A busca pela produção biotecnológica de PN sofreu um pequeno incremento. Esperamos ter contribuído humildemente na produção sustentável de PN e por conseguinte na preservação da biodiversidade.
Título em inglês
Multilevel investigation of bioactive sesquiterpene biosynthesis from Lychnophora ericoides (Vernonieae: Asteraceae)
Palavras-chave em inglês
Anti-nociception
Cloning
HS-SPME
MALDI imaging
Terpenes
Resumo em inglês
Lychnophora (Vernonieae: Asteraceae) is micro endemic to "campus rupestris" from Brazilian "Cerrado". Leaves extracts of Lychnophora ericoides ("Arnica-da-serra") are used as folk medicine and mainly as wound healer. Its essential oils were chemically profiled as sesquiterpene-rich. Such sesquiterpenes, both bisabolene-like and cadinane-like carbon skeletons, are derivatives of the nerolidyl cation. L. ericoides leaves essential oils are bioactive against invertebrate Acari. An anti-hypernociceptive ability of its component orto-acetoxy bisabolol was also displayed in vitro. Terpenes are valuable in fine chemistry industry, e.g. Taxol® and Acheflan®. Our phytochemical and pharmaceutical goals are aligned to such an interest. Terpene synthases (TerpS) behind their biosynthesis are target of researches in plant sciences and biochemistry. Identification of TerpS often led to conclusions with diverse impacts. Fundamental concepts on time-dependent shifts of terpene productions in wild type species and advances towards plant metabolites bioengineering are examples. Facing such a frontier field we share here an abstract for the investigation aimed to determine whether there were many isoforms of sesquiterpene synthases operating at leaves tissues in Lychnophora ericoides shift-able production of bioactive sesquiterpenes or whether there were not. We have accessed different in situ samples of L. ericoides. Efforts to answer the above question were sectioned as follows: (1) "Green-Analytical-Chemistry" oriented profiling of sesquiterpene-rich fraction; (2) MALDI imaging of proteins in leaves; (3) Combined "omics" approaches towards identifying TerpS and gene cloning. We visited both known and novel L. ericoides sites of occurrence (SoO). The development of a quantitative Headspace-Solid Phase Micro Extraction (HS-SPME) method enabled a rapid and solvent-free comparison of minimized samples (10mg). Separation and identification were carried out using Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). Samples harvested in Diamantina, Northern Most SoO, accumulate the highest amount of bisabolene-like derivatives. Hydrodistillation of leftovers material from HS-SPME yield essential oils used to purify unknown compounds. Based on a diverse spectra collection we report a novel cadinane-like derivative, one 11dehydro Cadinol. MALDI imaging has been determined as suitable for imaging proteins in L. ericoides. In a prospective fashion we generate sub-epidermal images of ions within the m/z frame comprising reported isoforms of both cadinane and bisabolane synthases (CadS and BS). The limitation to its use is the awareness of molecular weight of targeted native proteins. Polyacrylamide Gel Electrophoresis (1D-PAGE) protein mapping determined broad bands of protein distribution in different mass ranges (A, B, C, and D) (30KDa> m/z <80KDa). Bands tryptic digestion, followed by sample clean up, generated peptide pools feasible for MS. The output ions data feed MASCOT algorithm. A germacrane synthase could have been identified. When prospecting encoding genes, viable cDNA (Ubiquitin +) was used. A BS, lengthened 1600bp, was amplified with BS primers designed for Helianthus spp. genes. BS presented in L. ericoides was successfully cloned. In conclusion we headline two topics. (1) Hypothetical enzymatic control of the sesquiterpenes production can now be further investigated at transcriptome level. (2) The seek of a platform that guarantee natural products production in a controlled system has been moved forward. Future production of valued compounds can slightly rely in our humble contribution to support biodiversity conservation.
 
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Data de Liberação
2017-04-16
Data de Publicação
2015-04-22
 
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