Abstract: Muitas das proteínas de valor biomédico relevante são encontradas em baixas concentrações em suas fontes nativas. O alto nível de expressão de proteínas recombinantes em E. coli, muitas vezes gera o acúmulo de proteínas como agregados insolúveis no citoplasma e/ou periplasma da bactéria, denominados de corpos de inclusão (CI). A alta pressão tem sido amplamente utilizada no estudo da conformação das proteínas,ela modula as interações proteína-proteína e proteína-solvente através de mudanças no volume das mesmas, promovendo a entrada de água nas cavidades não expostas da molécula e promovendo hidratação e solubilização dos agregados. O presente trabalho teve como objetivo a renaturação de proteínas recombinantes expressas como CI em Escherichia coli usando alta pressão hidrostática como condição branda de dissociação dos agregados. As tiorredoxinas TsnC e TrxA, a proteína YbbN e a proteína comigratória com bacterioferritina (Bcp), todas de Xylella fastidiosa, foram estudadas neste trabalho. As condições de renaturação foram otimizadas, utilizando-se diferentes proporções do par redox, concentrações de GdnHCl, presença de aditivos e esquemas de descompressão. Para a quantificação e análise da eficácia do processo de renaturação das proteínas sob pressão foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura dos CI e de SDS-PAGE, e ensaios de atividade enzimática das proteínas. A TsnC foi renaturada em Tris HCl 50 mM com proporção de 10GSH:1GSSG em concentração final de 10 mM, 0,75 M GdnHCl, na presença de 0,5 M de Triton-X e a pressão utilizada foi de 2,4 kbar por 1 hora e 30 minutos seguida de descompressão direta e incubação por 16 horas em pressão atmosférica. O rendimento final de obtenção de TsnC solúvel foi altíssimo, de até 89,9%. A renaturação de proteína YbbN, nunca antes descrita, foi obtida em tampão de renaturação Tris HCl 50 mM, na presença de 0,5 M de L-Arginina e a pressão utilizada foi de 2,4 kbar por 1 hora e 30 minutos seguida de descompressão direta e incubação por 16 horas em pressão atmosférica. A proteína YbbN, que apresentou atividade de tioredoxina, foi renaturada com rendimento de até 98% a partir da proteína insolúvel nos CI. Foi possível a solubilização da tiorredoxina TrxA e Bcp sob alta pressão hidrostática em tampão de renaturação Tris HCl 50 mM, utilizando diferentes proporções do par redox na concentração final de 10 mM e 1,5 M de GdnHCl, porém não foi possível obter a atividade biológicas destas proteínas. Mostramos também que a L-Arginina apresenta efeito auxiliar na solubilização dos CI induzida pela alta pressão, e ao mesmo tempo se mostrou altamente protetora contra a inativação da atividade da YbbN promovida pela incubação em altas temperaturas, o que sugere que a presença deste aminoácido pode ter alta aplicabilidade juntamente com a aplicação de altas pressões para elevar os rendimentos de renaturação de proteínas recombinantes a partir de CI.

Palavras-Chave: proteins; bacterial diseases; microorganisms; hydrostatics; pressurization; scanning electron microscopy

Abstract: Anexina A5 (ANXA5) é uma proteína intracelular humana de 36kDa com alta afinidade pela fosfatidilserina que é seletivamente externalizada na superfície de células apoptóticas. A apoptose apresenta um papel importante na fisiologia normal e em numerosos estados patológicos. A aplicação clínica da ANXA5 em imagem da apoptose tem sido desenvolvida em oncologia, transplante de órgãos e doenças cardiovasculares. Várias estratégias para radiomarcação da proteína têm sido descritas, incluindo marcação direta, derivatização com quelante bifuncional (BFC), produção de proteína mutante ou peptídeos análogos. Muitas técnicas de marcação com 99mTc têm sido descritas utilizando diferentes núcleos, tais como [Tc=O]+3, [99mTc]HYNIC, [TcºN]+2 e [Tc(CO3)]+1. Neste estudo, avaliamos a influência do núcleo de 99mTc no comportamento biológico e propriedades físico-químicas da anexina radiomarcada. A radiomarcação utilizando o núcleo [TcºN]+2 foi realizada em duas etapas incluindo a reação do 99mTcO4 - com SDH na presença de SnCl2 e PDTA para obter o intermediário 99mTcN-SDH, seguida da adição de ANXA5. Os resultados obtidos não estão em acordo com a literatura, apesar da alta eficiência na produção do intermediário. O núcleo [Tc=O]+3 foi produzido usando a etilenodicisteina 7 (EC) como BFC. Para derivatização empregou-se o TSTU para obter o éster succinato correspondente. Diferentes razões de ANXA5:EC foram estudadas e todas as condições de marcação resultaram em alta pureza radioquímica, porém diferenças foram observadas na lipofilicidade, estabilidade, distribuição biológica e afinidade por células apoptóticas. A ANXA5-HYNIC também produziu a proteína radiomarcada com alta pureza radioquímica. A estabilidade das ANXA5 radiomarcadas foi avaliada após incubação à temperatura ambiente, a 28°C e em incubação em soro humano a 37°C. A análise destes resultados demonstrou que a ANXA5- EC-99mTc (razão 10-2) foi o composto mais estável em todas as condições estudadas. O ensaio de coeficiente de partição demonstrou que os compostos do EC apresentam uma menor lipossolubilidade em relação a ANXA5-HYNIC-99mTc. A atividade biológica das anexinas radiomarcadas foi avaliada em células PC-3 com apoptose radioinduzida demonstrando que a ANXA5-EC-99mTc (razão 10-2) foi a proteína com maior porcentagem de ligação específica. A biodistribuição in vivo das anexinas radiomarcadas demonstrou uma alta captação na região abdominal, especialmente para a ANXA5-HYNIC-99mTc. Os resultados indicam que ANXA5-EC-99mTc (razão 10-2) pode ser uma alternativa atrativa para o uso da ANXA5-HYNIC-99mTc em imagem de receptores de fosfatidilserina.

Palavras-Chave: technetium 99; radiopharmaceuticals; labelling; computerized tomography; biological radiation effects; chemical properties; physical properties; in vitro; in vivo; proteins

Abstract: A expressão de proteínas na forma de corpos de inclusão em bactérias é uma alternativa muito interessante para obtenção de proteínas recombinantes. No entanto, a agregação é uma dificuldade frequentemente encontrada durante a renaturação dessas proteínas. Altas pressões hidrostáticas são capazes de solubilizar os corpos de inclusão na presença de baixas concentrações de reagentes desnaturantes, favorecendo a renaturação protéica com alto rendimento e redução de custos. O presente trabalho tem como objetivo a renaturação de proteínas recombinantes expressas em Escherichia coli sob a forma de corpos de inclusão usando altas pressões hidrostáticas. Três toxinas, todas apresentando cinco ou mais pontes dissulfídicas foram estudadas: NXH8, Naterina 2 e Bothropstoxina 1. Suspensões dos corpos de inclusão das três proteínas foram pressurizadas em 2000 bares de pressão durante 16 horas. Os tampões de renaturação foram otimizados para as três proteínas. O tampão utilizado no processo de renaturação da NXH8 foi Tris HCl 50 mM, pH 9,0 com proporção de 1GSH:4GSSG em concentração de 6 mM e 2 M GdnHCl. Foram utilizados corpos de inclusão em D.O.(A600nm) de 0,5. Após o processo de renaturação foi realizada diálise em pH 7,0. O rendimento final de recuperação de NXH8 solúvel foi de 40%, sendo obtidos 28,6 mg/L de meio de cultura. A renaturação de Bothropstoxina 1 foi obtida em tampão de renaturação Tris HCl 50 mM pH 7,5 na proporção de 2 GSH:3 GSSG em concentração de 3 mM e 1 M GdnHCl. Utilizamos uma suspensão com D.O.(A600nm) de 0,5. O rendimento final de recuperação de Bothropstoxina 1 renaturada foi de 32 %, obtendo-se 9,2 mg/L de meio de cultura. A renaturação de Naterina 2 foi obtida em tampão de renaturação com 20 mM de Tris HCl pH 9,0 na proporção de 2 GSH:3 GSSG e concentração de 10 mM e 1 M GdnHCl e corpos de inclusão na D.O. (A600nm) de 6,0. Foram obtidas 3,7 mg de Nateria 2 renaturada /L de meio de cultura (20% de recuperação a partir dos corpos de inclusão). O rendimento da Naterina 2 renaturada foi de 20 %. Para a análise e a comprovação da eficácia do processo de renaturação sob pressão foram utilizadas as técnicas de SDS-PAGE, western blot, microscopia eletrônica de varredura, ensaios biológicos in vivo e in vitro e estruturais. As análises físicoquímicas realizadas em NXH8 não mostraram nenhuma comprovação da sua renaturação. O ensaio in vivo realizado com a Naterina 2 mostrou uma leve atividade de contração de vênulas, indicando que ela esteja em sua conformação correta. Os ensaios in vitro com a Bothropstoxina 1 mostraram uma atividade citotóxica dose-dependente em células musculares.

Palavras-Chave: proteins; bacteria; escherichia coli; hydrostatics; pressurization; inclusions; agglomeration; spectroscopy