Summary

Identification de l’activité hémolytique et phospholipase dans les extraits bruts d’anémones de mer par des essais biologiques simples

Published: March 29, 2022
doi:

Summary

Ici, nous décrivons un protocole pour obtenir un extrait de venin brut de l’anémone de mer et détecter son activité hémolytique et phospholipase.

Abstract

La composition du venin d’anémone de mer comprend des molécules de polypeptides et de non-protéines. Les composants cytolytiques ont un potentiel biotechnologique et biomédical élevé pour la conception de nouveaux outils moléculaires. Le venin d’anémone de mer se trouve dans les cellules glandulaires des structures ectodermiques et subcellulaires appelées nématocystes, qui sont toutes deux réparties dans tout le corps de l’anémone de mer. Cette caractéristique implique des défis car les cellules et le nématocyste doivent être lysés pour libérer les composants du venin avec d’autres molécules non toxiques. Par conséquent, tout d’abord, le venin est dérivé d’un extrait brut (mélange de molécules différentes et diverses et de débris tissulaires). L’étape suivante consiste à détecter les polypeptides avec des bioactivités spécifiques. Ici, nous décrivons une stratégie efficace pour obtenir l’extrait brut d’anémone de mer et un essai biologique pour identifier la présence de cytolysines. La première étape implique des techniques simples et peu coûteuses (cycle agité et congélation-décongélation) pour libérer des cytolysines. Nous avons obtenu l’activité cytolytique et les protéines les plus élevées (~ 500 mg de protéines à partir de 20 g de poids sec). Ensuite, la complexité polypeptidique de l’extrait a été analysée par le gel SDS-PAGE détectant des protéines de poids moléculaire compris entre 10 kDa et 250 kDa. Dans le test hémolytique, nous avons utilisé des globules rouges de mouton et déterminé HU50 (11,1 ± 0,3 μg / mL). En revanche, la présence de phospholipases dans l’extrait brut a été déterminée en utilisant du jaune d’œuf comme substrat dans un milieu solide avec de l’agarose. Dans l’ensemble, cette étude utilise un protocole efficace et peu coûteux pour préparer l’extrait brut et applique des essais biologiques reproductibles pour identifier les cytolysines, des molécules ayant des intérêts biotechnologiques et biomédicaux.

Introduction

Les animaux marins sont une riche source de composés biologiquement actifs. Au cours des dernières décennies, la composition du venin d’anémone de mer a attiré l’attention scientifique car elle comprend une diversité de polypeptides ayant une activité hémolytique, cytotoxique, enzymatique (phospholipase, protéase, chitinase), une activité neurotoxique et des effets inhibiteurs sur l’activité protéolytique1. De plus, ces polypeptides sont des sources potentielles pour le développement d’outils moléculaires à usage biotechnologique et thérapeutique 2,3.

Il existe peu de rapports sur le venin d’anémone de mer et ses composants moléculaires en raison de la complexité de l’obtention du venin, même de l’isolement et de la caractérisation des toxines. Les méthodes d’extraction utilisées dans les rapports impliquaient la lyse et la vidange du contenu des cellules qui sont liées et non liées à la production de venin1.

Une caractéristique particulière chez tous les cnidaires est l’absence d’un système de production et de libération du venin centralisé dans une seule région anatomique. Au lieu de cela, les nématocystes sont des structures qui gardent le venin 4,5. D’autres types de cellules, appelées cellules de la glande épidermique, sécrètent également des toxines et sont également distribuées dans tout le corps des anémones de mer6.

Le premier et le plus crucial défi dans l’obtention du venin est la génération d’un extrait avec une manipulation suffisante dans les processus ultérieurs, sans l’inactivation ou la dégradation des protéines labiles. Ensuite, les cellules doivent être lysées, et les composants – dans ce cas, les polypeptides doivent être extraits efficacement et rapidement, en évitant la protéolyse et l’hydrolyse tout en éliminant les autres composants cellulaires7.

Différentes méthodes sont utilisées pour obtenir l’extrait brut d’une anémone de mer; certains impliquent de sacrifier l’organisme tandis que d’autres permettent de le maintenir en vie. Les méthodes qui impliquent l’utilisation de tout le corps de l’organisme permettent la libération de la plupart des toxines du venin8, par rapport aux méthodes qui maintiennent les organismes en vie, qui n’extraient que certains composants du venin9. La préparation d’un extrait nécessite d’évaluer la présence et la puissance d’une substance d’intérêt par le biais d’un essai biologique spécifique, qui comprend des stratégies pour observer les effets pharmacologiques par des méthodes in vivo ou in vitro 10.

Le venin d’anémone de mer contient des polypeptides cytolytiques, des toxines formant des pores (PFT)11 et des phospholipases12; ces molécules sont des modèles dans l’étude de l’interaction protéine-lipide, des outils moléculaires dans le traitement du cancer et des biocapteurs basés sur le nanopore3. La classification des PFT d’anémone de mer est effectuée en fonction de leur taille ou de leur poids moléculaire, de 5 kDa à 80 kDa. Le PFT de 20 kDa, le plus étudié et le plus connu sous le nom d’actinoporines11, présente un intérêt particulier pour son potentiel biomédical dans le développement d’outils moléculaires pour des applications possibles comme biocapteurs anticancéreux, antimicrobiens et à base de nanopores. Une autre cytolysine, y compris les phospholipases, en particulier la phospholipase A2 (PLA2)13, libère un acide gras dû et hydrolyse les phospholipides, déstabilisant la membrane cellulaire. En raison de ce mécanisme d’action, PLA2 promet d’être un modèle essentiel pour l’étude et les applications dans les maladies inflammatoires. Il pourrait servir de modèle pour les études du comportement lipidique dans la membrane cellulaire14.

Ici, nous décrivons un protocole efficace pour obtenir l’extrait brut de l’anémone de mer Anthopleura dowii Verrill, 1869, et détecter les hémolysines et les phospholipases. Les deux sont des toxines pertinentes qui pourraient être utilisées comme modèle pour concevoir de nouveaux outils moléculaires.

Protocol

Les anémones de mer ont été collectées conformément aux directives de la Commission nationale de l’aquaculture, de la pêche et de l’alimentation du gouvernement fédéral du Mexique (numéro de permis PPF / DGOPTA 07332.250810.4060). Le Comité de bioéthique de l’Institut de biotechnologie de l’Université nationale autonome du Mexique a approuvé toutes les expériences avec des anémones de mer. L’échantillon de sang de mouton a été acheté au Centre d’enseignement pratique et de recherche en prod…

Representative Results

Les résultats représentatifs du protocole utilisé pour obtenir l’extrait brut d’anémone de mer ont montré que la combinaison de deux techniques (agitation et cycles de congélation et de décongélation) produisait un rejet efficace de nématocystes, et la quantité totale de protéines était de 500 mg (8 mg/mL) (figure 3). La complexité protéique de l’extrait brut a pu être observée à partir de 10 kDa et de plus de 250 kDa par électrophorèse SD…

Discussion

La forte demande de nouveaux composés ayant des applications dans différents domaines de la science et de l’industrie a conduit à l’étude du venin. Venom représente une riche source de molécules qui sert de modèle pour générer de nouveaux outils moléculaires. Cependant, la complexité de ces venins nécessite la mise en œuvre et la combinaison de diverses méthodes pour les obtenir et les étudier.

Ici, nous montrons une méthode pour obtenir et analyser le venin de l’anémone…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT), avec le numéro de subvention IT200819. Les auteurs remercient Tom Musselman, Rock Paper Editing, LLC, d’avoir vérifié la grammaire anglaise de ce manuscrit; et l’assistance technique de Samanta Jiménez (CICESE, Ensenada) et Juan Manuel Barbosa Castillo (Instituto de Fisiología Celular, UNAM). Nous remercions également le Dr Augusto César Lizarazo Chaparro (CEPIPSA) pour l’obtention de sang de mouton. Nous remercions tout particulièrement le Dr José Saniger Blesa, ICAT-UNAM, pour les installations de son laboratoire pour l’enregistrement vidéo.

Materials

15 mL conical centrifuge tube Corning 430766
2-Bromophenol blue Sigma B75808
2-mercaptoetanol Sigma-Aldrich M6250-100ML
50 mL conical centrifuge tubes Corning 430828
Acetic Acid Glacial J.T. Baker 9515-03
Acrylamide Promega V3115
Agarose Promega V3125
Bisacrylamide Promega V3143
Bovine Serum Albumin Fraction V Sigma A3059-100G
Bradford Protein Assays Bio-Rad 5000006
Calcium chloride Sigma-Aldrich C3306
Cell culture plates 96 well, V-bottom Corning 3894
Centrifuge Eppendorf 5804R
Centrifuge tubes Corning CLS430829
ChemiDoc MP system Bio-Rad 1708280
Citric acid Sigma-Aldrich 251275
Clear flat.bottom 96-Well Plates Thermo Scientific 3855
Coomassie Brilliant Blue G-250 Bio-Rad #1610406
Coomassie brilliant blue R-250 Bio-Rad 1610400
Dextrose J.T. Baker 1916-01
Ductless Enclosure Labconco Vertical https://imagej.nih.gov/ij ImageJ 1.53c
Gel Doc EZ Bio Rad. Gel Documentation System
Glycerol Sigma-Aldrich G5516-4L
Hemocytometer Marienfeld 650030
ImageJ (Software) NIH, USA Version 1.53c
Incubator 211 Labnet I5211 DS
Methanol J.T. Baker 9049-03
Mini-PROTEAN tetra cell Bio-Rad 1658000EDU
Na2HPO4 J.T. Baker 3824-01
NaCl J.T. Baker 3624-01
NaH2PO4.H2O J.T. Baker 3818-05
Origin software version 9 To design the plot with sigmoidal adjustments
Petridish Falcon 351007
Pipetman kit Gilson F167380
Precast mini gel BioRad 1658004
Prestained Protein Ladder Thermo Scientific 26620
Protease Inhibitor Cocktail Roche 11836153001
Protein Assay Dye Reagent Concentrate Bio-Rad 5000006
Rhodamine 6G Sigma-Aldrich 252433
SDS Sigma-Aldrich L4509
Sodium citrate dihydrate JT Baker 3646-01
Spectrophotometer THERMO SCIENTIFIC G10S UV-VIS
Tris Base Sigma-Aldrich 77-86-1
Volt Power Supply Hoefer PS300B

Referenzen

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Diesen Artikel zitieren
Ramírez-Carreto, S., Salazar-García, S. I., Macías Martínez, G., Rodríguez-Almazán, C. Identification of Hemolytic and Phospholipase Activity in Crude Extracts from Sea Anemones by Straightforward Bioassays. J. Vis. Exp. (181), e63630, doi:10.3791/63630 (2022).

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