Caracterização estrutural e conformacional de toxinas da família das actionoporinas

Abstract

Proteínas citolíticas são produzidas por uma grande diversidade de organismos, dentre os quais destacam-se os cnidários. Estes organismos podem produzir uma série de toxinas que auxiliam na sua sobrevivência, liberadas por nematocistos. A maioria dos cnidários são considerados tóxicos, e mais de 32 espécies de anêmonas já foram relatadas como fonte de proteínas e peptídeos citolíticos letais. Dentre essas proteínas, o grupo mais amplo é formado pelas citolisinas conhecidas como actinoporinas, proteínas formadoras de poro em membranas que possuem potente atividade hemolítica. As bases estruturais para essa atividade mostram-se dependentes do correto enovelamento protéico, principalmente em regiões específicas que, portanto, apresentam importância funcional: o segmento N-terminal, a região rica em resíduos de triptofano e o sítio de ligação à fosfocolina. Diferentes condições em solução são capazes de influenciar a capacidade das actinoporinas de formar poro em modelos de membrana e na superficie de hemácias. Contudo, embora dados de ressonância magnética nuclear (RMN) e cristalografia tenham sido relatados para esta família de proteínas, dados estruturais e conformacionais adicionais se fazem necessários para a compreenção das razões moleculares desta atividade e, por conseguinte, para sua posterior exploração biotecnológica e terapêutica. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo caracterizar a influência de diferentes fatores físico-químicos sobre o enovelamento das duas actinoporinas mais estudadas, esticolisina II (StnII) e equinatoxina II (EqtxII), empregando para tal simulações de dinâmica molecular (DM). Os resultados obtidos oferecem um melhor entendimento do efeito de altas concentrações de ureia sobre a perda de atividade hemolítica da StnII, assim como fornecem possíveis evidências para a influência de soluções ácidas sobre o enovelamento da hélice C-terminal (parte do sítio de ligação à fosfocolina). Considerando o papel dessa região no reconhecimento de fosfolipídeos de membrana, as transições conformacionais observadas podem estar relacionadas às ações biológicas desta classe de toxinas.

Cytolytic toxins are produced by many organisms, mainly including the cnidarians. These organisms are able to produce a variety of toxins that are important for their survival, delivered by nematocysts. The majority of cnidarians are considered toxic organisms and more than 32 species of sea anemones have been already reported to produce lethal cytolytic peptides and proteins. Among these toxic polypeptides, the most numerous are the cytolysins, collectively called actinoporins, potent pore-forming proteins that present hemolytic activity. The structural basis for such activity was related to their correct folding, mainly around specific regions that, however, present functional importance: the proteins N-terminal segment, a region rich in tryptophan residues and the phosphocholine-binding-site. Different solution conditions influence the pore formation capacity of the actinoporins in model lipid membranes and on the surface of red blood cells. In this way, althought nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and X-ray crystallography data had been reported to this protein family, additional structural and conformational information might be necessary to understand the molecular reasons for such activity and also to improve their biotecnological and terapeutical exploration. In this context, the current work intends to characterize the influence of different physical-chemical factors in the folding of the two most studied actinoporins, Sticholysin II (StnII) and Equinatoxin II (EqtxII), applying to this molecular dynamics (MD). The obtained results provide a better understanding for the lack of StnII hemolytic activity when it is submitted to a high urea concentration, as well as possible evidences of the influence of acid solutions in the folding of the C-terminal helix (present at the phosphocholine-binding-site). Considering the role of this region in the recognition of membrane phospholipids, the observed conformational transitions may be related with the biological action of this class of toxins.