Physicoquemical and biologic characterization of phospholipase A2 isolated from Bothrops moojeni venom

Bothrops moojeni é uma espécie de serpente de grande importância devido a sua ampla distribuição na América do Sul e Central além dos quadros clínicos que o veneno causa. Dentre as espécies peçonhentas brasileiras o gênero Bothrops é o mais numeroso e é o que apresenta os maiores índices de notificações relacionados a acidentes ofídicos. Os venenos de serpentes possuem uma mistura de substâncias biologicamente ativas sendo a maior parte composta por proteínas. Fosfolipases A2 (PLA2), proteínas presentes no veneno de serpentes, agem hidrolisando fosfolipídios de membrana na posição sn2 liberando lisofosfolipídios e ácidos graxos, além de exibir uma ampla variedade de efeitos farmacológicos. A isoforma de fosfolipase A2 (PLA2), denominada BmTX-I foi isolada através de um sistema de cromatografia em HPLC utilizando uma coluna de fase reversa µ-Bondapak C18. O alto grau de pureza foi confirmado através de eletroforese em SDS-PAGE Tricina (16,5%) e também através da determinação da massa molecular (14,238.71 Da) por espectrometria de massas (MALDI Tof). A caracterização cinética da BmTX-I PLA2 (Asp49) mostrou que tal isoforma é altamente estável e apresenta um pH ótimo de 8,0 e temperatura de 37º C. Frente a diferentes concentrações do substrato ácido 4-nitro-3-(octanoyloxy) benzóico a BmTX-I mostrou um comportamento com tendência alostérica. Na ausência de Ca2+ e na presença de alguns íons divalentes tais como Mg2+, Mn2+ e Cd2+ (na concentração de 10mM) a atividade BmTX-I foi significativamente diminuída, já na presença de Ca2+ (1mM) e com os mesmos íons divalentes citados apresentou uma discreta atividade. Também foi demonstrado o efeito inibitório de crotapotinas crotálicas sobre a atividade PLA2 da BmTX-I. A análise de composição de aminoácidos mostra que se trata de uma proteína de caráter básico pela alta presença de Lys, His e Arg. A presença de 14 resíduos de cisteína sugere a formação de 7 pontes dissulfeto. O estudo de homologia seqüencial da região N-terminal entre BmTX-I com outras PLA2 (Asp49) revelou um alto grau de homologia. O efeito neurotóxico in vitro do veneno total e da BmTX-I foi analisado na preparação biventer cervicis de pintainho. Nossos resultados mostraram que a ação do veneno de Bothrops moojeni na junção neuromuscular é menos potente quando comparado com venenos crotálicos, já que estes últimos levam a um bloqueio muito mais rápido e usando-se baixas concentrações. No entanto, não se pode negar que houve uma ação neurotóxica in vitro. O completo bloqueio tanto do veneno total quanto da BmTX-I não foi acompanhado pela inibição das respostas ao potássio (KCl) e a acetilcolina (ACh), exceto em altas concentrações de veneno (50 e 100 µg/ml) o que demonstra uma ação pré-sináptica primordial. Os testes in vivo do veneno total e da fração BmTX-I demonstraram o efeito miotóxico através da liberação de creatina quinase (CK) e o efeito inflamatório através de edema de pata e liberação de interleucina-6 (IL-6). O comportamento de liberação de CK foi semelhante tanto para o veneno total como para a PLA2 BmTX-I, os quais tiveram o maior liberação de CK uma hora após a injeção i.m. Oito horas após a injeção os níveis de CK estavam similares aos do controle. Ocorreu liberação de IL-6 bem como ação edematizante tanto do veneno total como da BmTX-I. A reprodutibilidade dos efeitos farmacológicos, só é possível com a utilização de frações quimicamente homogêneas que mantenham a integridade da função biológica. Essas frações são obtidas com metodologias de alta eficiência como HPLC, através do qual podemos isolar a BmTX-I em um único passo cromatográfico e o grau de pureza confirmado por espectrometria de massa. Estes resultados podem ser associados com a sua atividade biológica, eliminando a subjetividade causada por veneno total ou frações impuras. Essa abordagem pode ser aplicada nos estudos bioquímicos, estrutura-função, fisiológicos e farmacológicos, podendo revelar mecanismos ainda desconhecidos na relação estrutura-função das PLA2 procedentes de veneno de serpentesBothrops moojeni is a very important snake species due to its great distribution in the South and Central America besides the clinic alterations caused by the venom. Among the Brazilian species the Bothrops genus is the most numerous and shows the highest registrations related to ophidian accidents. The snake venoms are source of biologically active substances which main components are proteins. Phospholipases A2 (PLA2), proteins present in the snake venom, hydrolyze the sn-2 acyl groups of phospholipids liberating fatty acids and lysophospholipds, besides exhibiting many pharmacological effects. The fosfolipase A2 (PLA2) isoform, named BmTX-I was isolated through RP-HPLC performed on a C18 column. The high degree of purity was confirmed by SDS-PAGE and also by determining the molecular mass (14238.71 Da) in a MALDI TOF mass spectrometry. The kinetic characterization of BmTX-I PLA2 (Asp49) showed that the isoform was highly stable and presented an optimum pH of 8.0 and temperature of 37° C. At different substrate acid 4-nitro-3-(octanoyloxy) benzoic concentrations the BmTX-I showed allosteric behavior. In the absence of Ca2+ and in the presence of some divalent ions such as Mg+2, Mn+2, Cd2+ (at the concentration of 10 mM) the BmTX-I activity significantly decreased. But in the presence of 1mM Ca+2, under the same divalent ions conditions, the isoforms showed a discreet activity. An inhibitory effect of crotalic crotapotins on the activity PLA2 was also demonstrated. The analysis of amino acids composition showed a high content of basic amino acids such as Lys, His and Arg indicating a basic character for the BmTX-I. The presence of 14 cysteine residues suggests the formation of 7 disulfide bridges. N-terminal amino acid sequence revealed a high level of homology between BmTX-I and other Asp49 PLA2s. The neurotoxic effect of the whole venom and of BmTX-I was analyzed at chick biventer cervicis muscle preparation. Our results showed that the blockage of the muscle contraction was lesser when compared with crotalic venoms, which blockage at lower concentrations. Nevertheless it is sure that there was an in vitro neurotoxic action. The complete blockage, as much the whole venom as the BmTX-I, was not accompanied by any significant inhibition of the responses to KCl and to Ach, excepting at higher concentrations of the venom (50 e 100 µg/ml) suggesting the primordial presynaptic action. The tests in vivo with the whole venom and BmTX-I fraction showed the miotoxic effect through the creatine kinase (CK) releases and the inflammatory effect through edema-forming activity and interleukin-6 release. The CK release was similar for both whole venom and BmTX-I, which showed higher liberation one hour after the i.m injection. After eight hours of injection the CK levels were similar to the controls. There was the IL-6 release as well as edema-forming activity both in to the whole venom and BmTX-I. The reprodubility of pharmacological effects, is just possible with the utilization of chemically homogenous fractions that maintain the integrity of biological function. These fractions were obtained with high efficient methodologies as HPLC, through which this we the BmTX-I could be isolated in only one chromatography step, with purity direct by mass spectrometry. These results may be associated with the biological activities, eliminating the subjectivity caused by total venom or impure fractions. This approximation may be applied to the biochemical, structure-function, physiological and pharmacological studies, and it may reveal still unknown mechanisms in the structure-function relationship of PLA2 from the serpents veno