Atividade peroxidásica da enzima superóxido dismutase 1 humana: produção do radical carbonato, dimerização covalente da enzima e implicações para a esclerose lateral amiotrófica / Peroxidase activity of human superoxide dismutase 1: production of the carbonate radical, covalent dimerization of the enzyme, and implications to amyotrophic lateral sclerosis

Danilo Bilches Medinas

A esclerose lateral amiotrófica (ELA) é uma doença neurodegenerativa que afeta os neurônios motores levando a atrofia muscular e morte por insuficiência respiratória. Esta patologia se manifesta de forma esporádica ou familiar, que são indistinguíveis clinicamente. Mutações na enzima antioxidante superóxido dismutase 1 (hSod1) respondem por aproximadamente 20% dos casos familiares de ELA. Além disso, o caráter autossômico dominante destas mutações revela que a hSod1 adquire propriedades tóxicas aos neurônios motores. Atualmente, duas hipóteses não mutuamente excludentes existem para explicar o caráter tóxico das mutantes da hSod1 relacionadas à ELA. A primeira refere-se à produção de oxidantes pela atividade peroxidásica exacerbada das mutantes contribuindo para o estresse oxidativo observado em ELA. A segunda refere-se à agregação de proteínas como ocorre em outras doenças neurodegenerativas. Digno de nota, o radical carbonato produzido na atividade peroxidásica da hSod1 causa a formação de um dímero covalente da proteína análogo a uma espécie de hSod1 frequentemente detectada em modelos experimentais e pacientes da doença e associada à propriedade tóxica das mutantes. Desta forma, o presente trabalho buscou esclarecer o mecanismo de produção do radical carbonato pela hSod1, bem como caracterizar o dímero covalente da proteína para posterior estudo de sua formação em um modelo de ELA em ratos que superexpressam a mutante G93A da hSod1. Os estudos cinéticos da variação do pH sobre os efeitos de bicarbonato/CO2, nitrito e formato na atividade peroxidásica da hSod1, medidos pelo consumo de peróxido de hidrogênio e produção de radical, permitiram excluir o mecanismo de Fenton para explicar o ciclo peroxidativo da enzima em tampão bicarbonato em favor de outros intermediários reativos. Já, os experimentos de 13C RMN, modelagem molecular e cinética de fluxo interrompido com mistura assimétrica demonstraram que o ânion peroxomonocarbonato constitui o precursor do radical carbonato produzido pela hSod1. A caracterização do dímero covalente da hSod1 por proteólise com tripsina seguida de análise por HPLC/UV-vis e HPLC/ESI-MS identificou um peptídeo característico do dímero covalente da hSod1. A digestão enzimática em H2 18O demonstrou de forma inequívoca a natureza dímerica deste peptídeo pela marcação da extremidade C-terminal. Ainda, o sequenciamento do peptídeo dimérico por MS/MS revelou a estrutura primária ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK, na qual as cadeias polipeptídicas estão ligadas através de um aduto de ditriptofano composto por resíduos Trp32 da proteína. Por fim, este peptídeo dimérico pode ser empregado como marcador bioquímico específico para o estudo do dímero covalente da hSod1 in vivo. A análise do extrato de proteínas das medulas dos ratos modelo de ELA identificou quinze candidatos a dímero covalente da hSod1 por Western-blot, sendo que dois deles foram excluídos por espectrometria de massa, pois tiveram o resíduo Trp32 identificado. O peptídeo ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK não foi observado, porém as treze espécies restantes permanecem candidatas e deverão ser reexaminadas em trabalhos que darão sequência a esta tese de doutorado. Em suma, o peroxomonocarbonato constitui o intermediário na produção do radical carbonato pela hSod1 e o peptídeo ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK uma ferramenta importante no estudo da agregação covalente da hSod1 em ELA.

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