Summary

Identificação da Atividade Hemolítica e Fosfolipase em Extratos Brutos de Anêmonas do Mar por Bioensaões Simples

Published: March 29, 2022
doi:

Summary

Aqui, descrevemos um protocolo para obter extrato de veneno bruto da anêmona do mar e detectar sua atividade hemolítica e fosfolipase.

Abstract

A composição do veneno de anêmona do mar inclui moléculas de polipeptídeos e não-proteínas. Os componentes citólticos têm um alto potencial biotecnológico e biomédico para projetar novas ferramentas moleculares. O veneno de anêmona marinha se localiza em células glandulares a partir de ectoderme e estruturas subcelulares chamadas nematocistos, ambas distribuídas por todo o corpo de anêmona do mar. Essa característica implica desafios porque as células e o nematócito devem ser lícitos para liberar os componentes do veneno com outras moléculas não tóxicas. Portanto, primeiro, o veneno é derivado de um extrato bruto (mistura de moléculas diferentes e diversas e detritos teciduais). O próximo passo é detectar polipeptídeos com bioatividades específicas. Aqui, descrevemos uma estratégia eficiente para obter o extrato bruto de anêmona do mar e bioensaio para identificar a presença de citolises. O primeiro passo envolve técnicas baratas e simples (ciclo agitado e degelo) para liberar citolísinas. Obtivemos a maior atividade citolítica e proteína (~500 mg de proteína a partir de 20 g de peso seco). Em seguida, a complexidade do polipeptídeo do extrato foi analisada pelo gel SDS-PAGE detectando proteínas com pesos moleculares entre 10 kDa e 250 kDa. No ensaio hemollítico, utilizamos glóbulos vermelhos ovelhas e determinamos hu50 (11,1 ± 0,3 μg/mL). Em contraste, a presença de fosfolipases no extrato bruto foi determinada utilizando gema de ovo como substrato em um meio sólido com agarose. No geral, este estudo utiliza um protocolo eficiente e barato para preparar o extrato bruto e aplica bioensações replicáveis para identificar citolysinas, moléculas com interesses biotécnicos e biomédicos.

Introduction

Animais marinhos são uma rica fonte de compostos biologicamente ativos. Nas últimas décadas, a composição do veneno de anêmona marinha tem atraído atenção científica, pois compreende uma diversidade de polipeptídeos com hemolítica, citotóxica, enzimática (fosfolipase, protease, quitinase) e atividade neurotóxica e efeitos inibitórios na atividade proteolítica1. Além disso, esses polipeptídeos são fontes potenciais para o desenvolvimento de ferramentas moleculares no uso biotecnológico e terapêutico 2,3.

Há poucos relatos sobre o veneno de anêmona marinha e seus componentes moleculares devido à complexidade da obtenção do veneno, até mesmo do isolamento e caracterização de toxinas. Os métodos de extração utilizados nos relatórios envolveram a lise e o esvaziamento do conteúdo das células relacionadas e não relacionadas à produçãode veneno 1.

Uma característica particular em todos os cnidários é a ausência de um sistema de produção e liberação do veneno centralizado em uma única região anatômica. Em vez disso, os nematocistos são estruturas que mantêm o veneno 4,5. Outros tipos de células, chamadas células da glândula epidérmica, também secretam toxinas e também são distribuídas por todo o corpo de anêmonas do mar6.

O primeiro e mais crucial desafio na obtenção do veneno é a geração de um extrato com manipulação suficiente em processos subsequentes, sem a inativação ou degradação de proteínas labile. Em seguida, as células devem ser liseadas, e os componentes – neste caso, os polipeptídeos devem ser extraídos de forma eficiente e rápida, evitando a proteólise e a hidrólise ao eliminar outros componentes celulares7.

Diferentes métodos são utilizados para obter o extrato bruto de uma anêmona marinha; alguns envolvem sacrificar o organismo, enquanto outros permitem que ele seja mantido vivo. Métodos que implicam o uso de todo o corpo do organismo permitem a liberação da maioria das toxinas do veneno8, em comparação com métodos que mantêm os organismos vivos, que extraem apenas alguns componentes do veneno9. A elaboração de um extrato requer avaliar a presença e potência de uma substância de interesse por meio de um bioensaio específico, que inclui estratégias para observar os efeitos farmacológicos pelos métodos in vivo ou in vitro 10.

O veneno de anêmona do mar contém polipeptídeos citólíticos, toxinas formadoras de poros (PFTs)11 e fosfolipases12; essas moléculas são modelos no estudo da interação proteína-lipídica, ferramentas moleculares na terapia do câncer e biosensores à base de nanoporos3. A classificação de PFTs de anêmona marinha é realizada de acordo com seu tamanho ou peso molecular, de 5 kDa a 80 kDa. O PFT de 20 kDa, o mais estudado e conhecido como actinoporinas11, é de particular interesse por seu potencial biomédico no desenvolvimento de ferramentas moleculares para possíveis aplicações como biosensores anticancerígenos, antimicrobianos e à base de nanoporos. Outra citolisina, incluindo fosfolipases, especificamente fosfolipase A2 (PLA2)13, libera um ácido graxo devido e hidrolisa fosfolipídios, desestabilizando a membrana celular. Devido a esse mecanismo de ação, o PLA2 promete ser um modelo essencial para o estudo e aplicações em doenças inflamatórias. Poderia servir de modelo para estudos de comportamento lipídudo na membranacelular 14.

Aqui, descrevemos um protocolo eficiente para a obtenção do extrato bruto da anêmona anthopleura dowii Verrill, 1869, e a detecção de hemolises e fosfolipases. Ambas são toxinas relevantes que poderiam ser usadas como modelo para projetar novas ferramentas moleculares.

Protocol

As anêmonas do mar foram coletadas de acordo com as diretrizes da Comissão Nacional de Aquicultura, Pesca e Alimentação do Governo Federal do México (número de licença PPF/DGOPTA 07332.250810.4060). O Comitê de Bioética do Instituto de Biotecnologia da Universidade Nacional Autônoma do México aprovou todos os experimentos com anêmonas do mar. A amostra de sangue de ovelha foi adquirida no Centro de Ensino Prático e Pesquisa em Produção e Saúde Animal (CEPIPSA, Universidade Nacional Autônoma do México).<…

Representative Results

Os resultados representativos do protocolo utilizado para a obtenção do extrato bruto da anêmona do mar mostraram que a combinação de duas técnicas (agitação e ciclos de congelamento e descongelamento) produziu uma descarga eficiente de nematocistos, e a quantidade total de proteína foi de 500 mg (8 mg/mL) (Figura 3). A complexidade proteica do extrato bruto poderia ser observada a partir de 10 kDa e maior que 250 kDa através da eletroforese SDS-PAGE. Al…

Discussion

A alta demanda por novos compostos com aplicações em diferentes campos da ciência e da indústria levou ao estudo do veneno. O veneno representa uma rica fonte de moléculas que serve como modelo para a geração de novas ferramentas moleculares. No entanto, a complexidade desses venenos requer a implementação e combinação de vários métodos para obtê-los e estudá-los.

Aqui, mostramos um método para obter e analisar o veneno da anêmona do mar Anthopleura dowii, Verrill 186…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pelo Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT), com um número de subvenção IT200819. Os autores reconhecem a Tom Musselman, Edição de Papel de Rock, LLC, por verificar a gramática inglesa deste manuscrito; e assistência técnica de Samanta Jiménez (CICESE, Ensenada) e Juan Manuel Barbosa Castillo (Instituto de Fisiología Celular, UNAM). Agradecemos também ao Dr. Augusto César Lizarazo Chaparro (CEPIPSA) pela obtenção de sangue de ovelha. Agradecemos especialmente ao Dr. José Saniger Blesa, ICAT-UNAM, pelas instalações em seu laboratório para a gravação de vídeo.

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

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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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