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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.42.2008.tde-02122008-180144
Document
Author
Full name
Fernanda Dias da Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2008
Supervisor
Committee
Daffre, Sirlei (President)
Silber, Ariel Mariano
Taborda, Carlos Pelleschi
Tersariol, Ivarne Luis dos Santos
Travassos, Luiz Rodolpho Raja Gabaglia
Title in Portuguese
Mecanismo de ação da microplusina, um peptídeo quelante de cobre com atividade antimicrobiana.
Keywords in Portuguese
Antibacteriano
Antifúngico
Carrapato
Mecanismo de ação
Peptídeo antimicrobiano
Quelante de cobre
Abstract in Portuguese
Peptídeos antimicrobianos (PAMs) fazem parte de um dos mecanismos da imunidade inata contra infecções. A microplusina é um PAM de 10.204 Da, isolado da hemolinfa livre de células e dos ovos do carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus. É um PAM aniônico em pH fisiológico, possui seis resíduos de cisteína, com formação de três pontes dissulfeto, além de sete resíduos de histidina concentrados principalmente na sua porção C-terminal. O presente trabalho teve como objetivo investigar o mecanismo de ação antimicrobiana da microplusina. A microplusina recombinante é ativa contra várias bactérias Gram-positivas e fungos, porém não apresenta atividade contra bactérias Gram-negativas. Para avaliar o seu mecanismo de ação, foram utilizados dois modelos: a bactéria Micrococcus luteus e o fungo Cryptococcus neoformans. A microplusina é bacteriostática contra M. luteus e apresenta localização intracelular na bactéria. Além disso, observamos que a microplusina liga cobre e que a adição deste metal ao meio de cultivo reduz sua atividade antibacteriana. Bactérias M. luteus pré-incubadas com microplusina retomam o seu crescimento quando cobre é adicionado ao meio. Estes dados indicam que a atividade da microplusina está relacionada à sua habilidade de depletar cobre do meio extra ou intracelular, sugerindo um efeito nutricional para o peptídeo. A microplusina apresenta estrutura terciária com cinco a-hélices e sua ligação ao cobre não induz mudanças conformacionais. Observou-se que as histidinas 1, 2 e 74 da microplusina podem estar envolvidas na formação de um sítio de ligação ao cobre. Quanto à C. neoformans, verificou-se que a microplusina inibe a melanização do fungo, um fator de virulência catalisado pela lacase, uma enzima cobre-dependente. Entretanto, a microplusina não afeta a atividade da lacase, nem sua expressão gênica. O peptídeo também não inibe a auto-polimerização de substratos fenólicos que levam à melanização. Sendo assim, mais estudos são necessários a fim de avaliar o mecanismo pelo qual a microplusina inibe a melanização. Adicionalmente, a microplusina afeta a viabilidade do fungo e reduz o tamanho de sua cápsula, outro importante fator de virulência. As atividades da microplusina sobre C. neoformans sugerem o seu potencial terapêutico. Experimentos in vivo com modelo murino, mostraram que a microplusina reduz o processo inflamatório e a viabilidade de C. neoformans nos pulmões, indicando que em condições otimizadas, o peptídeo pode atuar no controle de infecções.
Title in English
Action mechanism of microplusin, a copper chelating peptide with antimicrobial activity.
Keywords in English
Action mechanism
Antibacterial
Antifungal
Antimicrobial peptide
Copper chelating
Tick
Abstract in English
Antimicrobial peptides (AMPs) take part of innate immune mechanisms against infections. Microplusin is a 10,204 Da AMP, isolated from cell-free hemolymph and eggs of the tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus. It is an anionic AMP at physiological pH, with six cysteine residues forming three disulfide bridges and seven histidine residues clustered mainly at the carboxy end portion. The goal of the present work was investigate the antimicrobial action mechanism of microplusin. Recombinant microplusin is active against Gram-positive bacteria and fungi, however, no activity is detected for Gram-negative bacteria. Two models were used to evaluate the action mechanism of microplusin: the bacteria Micrococcus luteus and the yeast Cryptococcus neoformans. Microplusin is bacteriostatic against M. luteus and its localization is intracellular for these bacteria. Moreover, microplusin binds copper and the addition of this metal into the medium reduces its antibacterial activity. M. luteus bacteria pre-treated with microplusin recover its growth when copper is added. These data indicate that microplusin activity is related to its ability to deplete copper present in the extracellular or intracellular environment, suggesting a nutritional effect. Microplusin presents a tertiary structure with five a-helix and the copper binding does not induce conformation changes. In addition, it was observed that histidines 1, 2 and 74 from microplusin may be involved in the formation of a copper binding site. About C. neoformans, it was verified microplusin inhibits its melanization, a virulence factor catalyzed by laccase, a copper dependent enzyme. However, microplusin does affect neither laccase activity nor its gene expression. The melanization caused by auto-polymerazation of phenolic substrates, is also not inhibited by microplusin. Hence, additional studies are required to evaluate the mechanism by which microplusin inhibits melanization. In addition, microplusin also affects the fungi viability and reduces the capsule size, another important virulence factor.The microplusin activities against C. neoformans suggest its therapeutic potential. In vivo experiments with murine model showed that microplusin reduces the inflammation and the viability of C. neoformans in the lungs, indicating that, in optimized conditions, the peptide may act in the infection control.
 
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Publishing Date
2009-04-27
 
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