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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.9.2021.tde-05082021-101113
Documento
Autor
Nome completo
Jheniffer Rabelo Cunha
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Yagui, Carlota de Oliveira Rangel (Presidente)
Oliveira, Adriano Marim de
Pessoa Junior, Adalberto
Porto, Tatiana Souza
Título em inglês
Effects of site-directed PEGylation on L-asparaginase thermostability
Palavras-chave em inglês
Bioconjugation
Enzyme thermostability
Enzymes
N-terminal PEGylation
Thermo-inactivation
Thermodynamics
Resumo em inglês
The enzyme L-asparaginase (ASNase) is broadly applied as a drug to treat acute lymphoblastic leukemia, as well as in the food industry to avoid acrylamide formation in baked and fried food. In the present work, ASNase was covalently attached to polyethylene glycol (PEG) of different molecular weights (ASNase-PEG-5, ASNase-PEG-10, ASNase-PEG-20, and ASNase-PEG-40) at the N-terminal portion (monoPEGylation). Native and PEGylated forms were analyzed regarding thermodynamics and thermostability based on enzyme activity measurements. ASNase (native and PEGylated) presented maximum activity at 40 °C and denaturation followed a first-order kinetics. Based on these results, the activation energy for denaturation (E*d) was estimated and higher values were observed for PEGylated forms compared to the native ASNase, highlighting the ASNase-PEG10 with a 4.24-fold increase (48.85 kJ.mol-1) in comparison to the native form (11.52 kJ.mol-1). The enzymes were evaluated by residual activity over time (21 days) under different storage temperatures (4 and 37 °C) and the PEGylated conjugates remained stable after the 21 days. Thermodynamic parameters like enthalpy (ΔH‡), entropy (ΔS‡) and Gibbs free energy (ΔG‡) of ASNase (native and PEGylated) irreversible denaturation were also investigated. Higher - and positive - values of Gibbs free energy were found for the PEGylated conjugates (61.21 a 63.45 kJ.mol-1), indicating that the process of denaturation was not spontaneous. Enthalpy also was higher for PEGylated conjugates (18.84 a 46.08 kJ.mol-1), demonstrating the protective role of PEGylation. As for entropy, the negative values were more elevated for native ASNase (-0.149 J/mol.K), pointing out that the denaturation process enhanced the randomness and aggregation of the system, which was observed by circular dichroism. Thus, PEGylation proved its potential to increase ASNase thermostability.
Título em português
Efeitos da PEGuilação sítio-dirigida na termoestabilidade da L-asparaginase
Palavras-chave em português
Bioconjugação
Enzimas
PEGuilação N-terminal
Termo-inativação
Termodinâmica
Termoestabilidade
Resumo em português
A enzima L-asparaginase (ASNase) é amplamente usada como medicamento para tratamento da leucemia linfoblástica aguda, bem como na indústria de alimentos para evitar a formação de acrilamida em alimentos cozidos e fritos. No presente trabalho, ASNase foi covalentemente ligada ao polímero poli(etilenoglicol) (PEG) de diferentes massas moleculares (ASNase-PEG-5, ASNase-PEG- 10, ASNase-PEG-20, and ASNase-PEG-40) na região N-terminal (monoPEGuilação) a fim de se estudar os efeitos da PEGuilação na termoestabilidade da enzima. As formas PEGuiladas e nativa foram analisadas em relação à termodinâmica e termoestabilidade a partir de atividade enzimática. A ASNase (nativa e PEGuilada) apresentou atividade máxima a 40 °C e a desnaturação ocorreu por cinética de primeira ordem. Com base nesses resultados, a energia de ativação para desnaturação (E*d) foi estimada e maiores valores foram observados para as formas PEGuiladas em comparação à enzima nativa, destacando-se a ASNase-PEG10 com aumento de 4.24 vezes (48.85 kJ.mol-1) em comparação com a forma nativa in (11.52 kJ.mol mol-1). As enzimas foram avaliadas por sua atividade residual ao longo do tempo em diferentes temperaturas de armazenamento (4 e 37 °C) e os conjugados PEGuilados mostraram-se mais estáveis após os 21 dias de ensaio. Parâmetros termodinâmicos como entalpia (ΔH‡) de desnaturação irreversível foram analisados. Valores maiores - e ), entropia (ΔS‡) de desnaturação irreversível foram analisados. Valores maiores - e ) e energia livre de Gibbs (ΔG‡) de desnaturação irreversível foram analisados. Valores maiores - e positivos - da energia livre de Gibbs foram encontrados para os conjugados PEGuilados (61.21 a 63.45 kJ.mol-1), indicando que o processo de desnaturação não ocorreu de forma espontânea. A entalpia também foi maior para os conjugados PEGuilados (18.84 a 46.08 kJ.mol-1), demonstrando o efeito protetivo da PEGuilação. Já para a entropia, os valores negativos foram mais elevados para a ASNase nativa (-0.149 J/mol.K), apontando que o processo de desnaturação aumentou a aleatoriedade e agregação do sistema, o que foi confirmado pelo dicroísmo circular. Dessa forma, a PEGuilação revelou o seu potencial de aumento de termoestabilidade para a ASNase.
 
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Data de Publicação
2021-08-11
 
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