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David V, Wermelinger LS, Frattani FS, Lima AGF, Santos YFS, Mourão PADS, Almeida FCL, Kurtenbach E, Zingali RB. rJararacin, a recombinant disintegrin from Bothrops jararaca venom: Exploring its effects on hemostasis and thrombosis. Arch Biochem Biophys 2023; 738:109557. [PMID: 36878339 DOI: 10.1016/j.abb.2023.109557] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/04/2023] [Revised: 02/24/2023] [Accepted: 03/02/2023] [Indexed: 03/07/2023]
Abstract
Integrins are a family of heterodimeric transmembrane receptors which link the extracellular matrix to the cell cytoskeleton. These receptors play a role in many cellular processes: adhesion, proliferation, migration, apoptosis, and platelet aggregation, thus modulating a wide range of scenarios in health and disease. Therefore, integrins have been the target of new antithrombotic drugs. Disintegrins from snake venoms are recognized by the ability to modulate the activity of integrins, such as integrin αIIbβ3, a fundamental platelet glycoprotein, and αvβ3 expressed on tumor cells. For this reason, disintegrins are unique and potential tools for examining integrin-matrix interaction and the development of novel antithrombotic agents. The present study aims to obtain the recombinant form of jararacin and evaluate the secondary structure and its effects on hemostasis and thrombosis. rJararacin was expressed in the Pichia pastoris (P. pastoris) expression system and purified the recombinant protein with a yield of 40 mg/L of culture. The molecular mass (7722 Da) and internal sequence were confirmed by mass spectrometry. Structure and folding analysis were obtained by Circular Dichroism and 1H Nuclear Magnetic Resonance spectra. Disintegrin structure reveals properly folded with the presence of β-sheet structure. rJararacin significantly demonstrated inhibition of the adhesion of B16F10 cells and platelets to the fibronectin matrix under static conditions. rJararacin inhibited platelet aggregation induced by ADP (IC50 95 nM), collagen (IC50 57 nM), and thrombin (IC50 22 nM) in a dose-dependent manner. This disintegrin also inhibited 81% and 94% of the adhesion of platelets to fibrinogen and collagen under continuous flow, respectively. In addition, rjararacin efficaciously prevents platelet aggregation in vitro and ex vivo with rat platelets and thrombus occlusion at an effective dose (5 mg/kg). The data here provides evidence that rjararacin possesses the potential as an αIIbβ3 antagonist, capable of preventing arterial thrombosis.
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Affiliation(s)
- Victor David
- Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-902, Brazil.
| | - Luciana Serrão Wermelinger
- Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-170, Brazil.
| | - Flávia Serra Frattani
- Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-170, Brazil.
| | - Antonio Gilclêr Ferreira Lima
- Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-902, Brazil.
| | - Yasmyn Fernandes Silva Santos
- Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-902, Brazil.
| | - Paulo Antônio de Souza Mourão
- Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-902, Brazil.
| | - Fabio Ceneviva Lacerda Almeida
- Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-902, Brazil.
| | - Eleonora Kurtenbach
- Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-170, Brazil.
| | - Russolina Benedeta Zingali
- Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, CEP 21941-902, Brazil.
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Gonçalves-Machado L, Verçoza BRF, Nogueira FCS, Melani RD, Domont GB, Rodrigues SP, Rodrigues JCF, Zingali RB. Extracellular Vesicles from Bothrops jararaca Venom Are Diverse in Structure and Protein Composition and Interact with Mammalian Cells. Toxins (Basel) 2022; 14:toxins14110806. [PMID: 36422980 PMCID: PMC9698812 DOI: 10.3390/toxins14110806] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/25/2022] [Revised: 11/14/2022] [Accepted: 11/17/2022] [Indexed: 11/22/2022] Open
Abstract
Snake venoms are complex cocktails of non-toxic and toxic molecules that work synergistically for the envenoming outcome. Alongside the immediate consequences, chronic manifestations and long-term sequelae can occur. Recently, extracellular vesicles (EVs) were found in snake venom. EVs mediate cellular communication through long distances, delivering proteins and nucleic acids that modulate the recipient cell's function. However, the biological roles of snake venom EVs, including possible cross-organism communication, are still unknown. This knowledge may expand the understanding of envenoming mechanisms. In the present study, we isolated and characterized the EVs from Bothrops jararaca venom (Bj-EVs), giving insights into their biological roles. Fresh venom was submitted to differential centrifugation, resulting in two EV populations with typical morphology and size range. Several conserved EV markers and a subset of venom related EV markers, represented mainly by processing enzymes, were identified by proteomic analysis. The most abundant protein family observed in Bj-EVs was 5'-nucleotidase, known to be immunosuppressive and a low abundant and ubiquitous toxin in snake venoms. Additionally, we demonstrated that mammalian cells efficiently internalize Bj-EVs. The commercial antibothropic antivenom partially recognizes Bj-EVs and inhibits cellular EV uptake. Based on the proteomic results and the in vitro interaction assays using macrophages and muscle cells, we propose that Bj-EVs may be involved not only in venom production and processing but also in host immune modulation and long-term effects of envenoming.
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Affiliation(s)
- Larissa Gonçalves-Machado
- Laboratório de Hemostase e Venenos, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis (IBqM), Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Biologia Estrutural e Bioimagem (Inbeb), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, Brazil
- Instituto Vital Brazil, Gerência de Desenvolvimento Tecnológico, Niterói 24230-410, Brazil
| | - Brunno Renato Farias Verçoza
- Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Biologia (NUMPEX-Bio), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Campus UFRJ Duque de Caxias, Duque de Caxias, Rio de Janeiro 25240-005, Brazil
| | - Fábio César Sousa Nogueira
- Laboratório de Química de Proteínas, Unidade Proteômica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-909, Brazil
- Laboratório de Proteômica (LabProt)—LADETEC, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-598, Brazil
| | - Rafael Donadélli Melani
- Laboratório de Química de Proteínas, Unidade Proteômica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-909, Brazil
| | - Gilberto Barbosa Domont
- Laboratório de Química de Proteínas, Unidade Proteômica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-909, Brazil
| | - Silas Pessini Rodrigues
- Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Biologia (NUMPEX-Bio), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Campus UFRJ Duque de Caxias, Duque de Caxias, Rio de Janeiro 25240-005, Brazil
| | - Juliany Cola Fernandes Rodrigues
- Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Biologia (NUMPEX-Bio), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Campus UFRJ Duque de Caxias, Duque de Caxias, Rio de Janeiro 25240-005, Brazil
| | - Russolina Benedeta Zingali
- Laboratório de Hemostase e Venenos, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis (IBqM), Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Biologia Estrutural e Bioimagem (Inbeb), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, Brazil
- Correspondence: ; Tel.: +55-2139386782
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Gomes MSR, Naves de Souza DL, Guimarães DO, Lopes DS, Mamede CCN, Gimenes SNC, Achê DC, Rodrigues RS, Yoneyama KAG, Borges MH, de Oliveira F, Rodrigues VM. Biochemical and functional characterization of Bothropoidin: the first haemorrhagic metalloproteinase from Bothrops pauloensis snake venom. J Biochem 2014; 157:137-49. [PMID: 25261583 DOI: 10.1093/jb/mvu058] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/13/2022] Open
Abstract
We present the biochemical and functional characterization of Bothropoidin, the first haemorrhagic metalloproteinase isolated from Bothrops pauloensis snake venom. This protein was purified after three chromatographic steps on cation exchange CM-Sepharose fast flow, size-exclusion column Sephacryl S-300 and anion exchange Capto Q. Bothropoidin was homogeneous by SDS-PAGE under reducing and non-reducing conditions, and comprised a single chain of 49,558 Da according to MALDI TOF analysis. The protein presented an isoelectric point of 3.76, and the sequence of six fragments obtained by MS (MALDI TOF\TOF) showed a significant score when compared with other PIII Snake venom metalloproteinases (SVMPs). Bothropoidin showed proteolytic activity on azocasein, Aα-chain of fibrinogen, fibrin, collagen and fibronectin. The enzyme was stable at pH 6-9 and at lower temperatures when assayed on azocasein. Moreover, its activity was inhibited by EDTA, 1.10-phenanthroline and β-mercaptoethanol. Bothropoidin induced haemorrhage [minimum haemorrhagic dose (MHD) = 0.75 µg], inhibited platelet aggregation induced by collagen and ADP, and interfered with viability and cell adhesion when incubated with endothelial cells in a dose and time-dependent manner. Our results showed that Bothropoidin is a haemorrhagic metalloproteinase that can play an important role in the toxicity of B. pauloensis envenomation and might be used as a tool for studying the effects of SVMPs on haemostatic disorders and tumour metastasis.
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Affiliation(s)
- Mário Sérgio R Gomes
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Dayane L Naves de Souza
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Denise O Guimarães
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Daiana S Lopes
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Carla C N Mamede
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Sarah Natalie C Gimenes
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - David C Achê
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Renata S Rodrigues
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Kelly A G Yoneyama
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Márcia H Borges
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Fábio de Oliveira
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
| | - Veridiana M Rodrigues
- Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil Instituto de Genética e Bioquímica, Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia-MG, Brazil, Departamento de Química e Exatas, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), BA, Brazil, INCT, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Biofarmacêutica, Belo Horizonte-MG, Brazil, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Uberlândia-MG, Brazil, Fundação Ezequiel Dias, FUNED, Belo Horizonte-MG, Brazil
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