Proteínas recombinantes de interesse na área da saúde

Recombinant proteins have revolutionized modern medicine and therapeutics. Currently recombinant proteins are used to treat diseases of great worldwide impact, as they allow maintenance and improvement of the life’s quality of patients with rare genetic diseases, metabolic syndromes, and immunological diseases. Since 1982, after the production of the first therapeutic recombinant protein (PRT), recombinant insulin, all major pharmaceutical companies have tried to develop PRT and supported its growth in the market. The right choice of expression systems and purification processes become essential steps to produce high-quality recombinant proteins with high yield. The recombinant protein Lsa63, the target of this project, is a leptospiral adhesin involved in the bacteria adhesion to the host. Lsa63 is expressed on the surface of patogenic Leptospiras and is absent in saprophytic ones. That said, the use of this protein in the development of new therapies and diagnosis for leptospirosis could be interesting. During this project, Lsa63 was purified from the frozen biomass of E. coli previously produced using liquid chromatography techniques). In all purification steps Lsa63 was quantified by BCA (bicinchoninic acid) and analyzed by SDS-PAGE electrophoresis and Western Blotting. The relative purity of Lsa63 was estimated by densitometry of SDS-PAGE bands. Immobilized-metal affinity chromatography (IMAC) was chosen as the first purification step and 24.4% of Lsa63 was yield with relative purity of 54.8%, followed by size-exclusion chromatography (SEC) with recovery of 95.2% and last step ion-exchange chromatography (IEC) with 7.9% and 80.3% of relative purity. Despite having obtained 80.3% of relative purity the global yield was low (7.9%).

As proteínas recombinantes revolucionaram a medicina moderna e a terapêutica. Por isso, atualmente, as proteínas recombinantes são utilizadas para tratamento de doenças de grande impacto mundial, pois permitem manutenção e melhoria da qualidade de vida de pacientes portadores de doenças genéticas raras, síndromes metabólicas e doenças imunológicas. Desde 1982, após a produção da primeira proteína recombinante terapêutica (PRT), insulina recombinante, todas as grandes farmacêuticas começaram a desenvolver PRT e impulsionaram o crescimento destas no mercado. A escolha correta dos sistemas de expressão e processos de purificação tornam-se etapas essenciais para produção de proteínas recombinantes de alta qualidade e em alto rendimento. A proteína recombinante Lsa63, alvo deste projeto, é uma adesina de leptospira envolvida na adesão da bactéria no organismo dos hospedeiros. A Lsa63 é expressa na superfície de Leptospiras patogênicas e apresenta-se ausente em cepas saprofíticas. Dito isto, a utilização desta proteína, no desenvolvimento de novas terapias e diagnóstico para leptospirose pode ser interessante. Durante o decorrer deste projeto, a Lsa63 foi purificada a partir da biomassa congelada de E. coli utilizando técnicas de cromatografia líquida. Em todas as etapas de purificação a Lsa63 foi quantificada por BCA (ácido bicinchonínico) e analisada por eletroforese SDS-PAGE e Western Blotting. A pureza relativa da Lsa63 foi estimada por densitometria das bandas do gel de eletroforese. A cromatografia de afinidade por íons metálicos imobilizados (IMAC) foi escolhida como primeira etapa de purificação sendo que a Lsa63 foi obtida com rendimento de 24,4% e pureza relativa de 54,8%, seguida pela cromatografia de exclusão molecular com recuperação de 95,2% e a última etapa a cromatografia de troca iônica com recuperação de 52,0% e pureza relativa de 80,3%. Apesar de ter obtido uma pureza relativa de 80,3% a recuperação global incluindo todas as etapas cromatográficas foi baixa sendo 7,9%.

Purificação e caracterização inicial de ativadores pró-coagulantes: ativadores de fator de II e/ou X do veneno da serpente Bothrops jararaca

Annually, about 40,000 persons are stricken by snake bite accidents in Brazil, being most of the cases are inflicted by Bothrops genus, whose venom can induce serious pathophysiological effects, mainly disorders in hemostasis. Bothrops jararaca venom is characterized by three main actions: proteolytic, coagulant and hemorrhagic. Some clotting factors can be activated by components present in the venom, classified as pro-coagulant activators, responsible for activating factor X or factor II of the coagulation cascade, generating thrombin. So far, only one procoagulant activator of Bothrops jararaca venom BjV has been characterized, bothrojaractivase, a 23 kDa PI-type metalloproteinase. In this work, we used chromatographic techniques to isolate other procoagulant components of BjV. Thus, by means of affinity chromatographies, BjV was purified on HisTrap and Blue Sepharose resins. Fractions capable of coagulating human fibrinogen and rabbit plasma were obtained, and this last substrate is only coagulated by pro-coagulant activators of BjV. Such fractions with high clotting activity were analyzed, concentrated and their activities on different substrates were differentiated by the use of specific inhibitors of metalloproteinases and serine proteinases. Studies are still being carried out to understand which coagulation factors are being activated by these fractions, by using chromogenic substrates, electrophoresis runs, and mass spectrometry.

Anualmente, cerca de 40.000 pessoas são acometidas por acidentes ofídicos no Brasil, sendo a maioria dos casos decorrentes de serpentes do gênero Bothrops, cujo veneno pode induzir graves efeitos fisiopatológicos, principalmente distúrbios na hemostasia. O veneno da espécie Bothrops jararaca é caracterizado por três ações principais: proteolítica, coagulante e hemorrágica. Relacionado à atividade coagulante, alguns fatores da cascata de coagulação podem ser ativados por componentes presentes no veneno, classificados como ativadores do tipo pró-coagulantes, responsáveis por ativar o fator X ou o fator II da cascata, gerando trombina. Até o momento, apenas um ativador pró-coagulante do veneno de Bothrops jararaca BjV foi caracterizado, a bothrojaractivase, uma metaloproteinase do tipo PI, de 23 kDa. Neste trabalho, utilizamos técnicas cromatográficas para isolar outros componentes pró-coagulantes do BjV. Deste modo, por meio de cromatografias de afinidade, o BjV foi purificado em resinas de HisTrap e Blue Sepharose. Foram obtidas frações capazes de coagular o fibrinogênio humano e plasma de coelho, um substrato que somente é coagulado por enzimas pró-coagulantes do BjV. Tais frações com altas atividades coagulantes foram analisadas, concentradas e suas atividades sobre diferentes substratos foram diferenciadas pelo uso de inibidores específicos de metaloproteinases e serinaproteinases. Obtivemos duas frações parcialmente purificadas, com alta atividade específica, e que são inibidas por quelante de metais divalentes o-fenantrolina. Essas frações são capazes de coagular o plasma de coelho, sem coagular o fibrinogênio humano. Estudos ainda estão sendo realizados para entender quais fatores da cascata de coagulação estas frações ativam, pela utilização de substratos cromogênicos específicos, análises eletroforéticas e espectrometria de massa.