Isolamento e caracterização de ciclotídeos da espécie Noisettia orchidiflora (Rudge) Ging.

Abstract

Os ciclotídeos são produtos naturais de estrutura polipeptídica, contendo de 28 a 37 resíduos de aminoácidos, sendo seis deles resíduos de cisteína, altamente conservados e formados por ligações dissulfeto as quais exibem ciclização tipo "cabeça-cauda". Esse arranjo estrutural característico confere aos ciclotídeos uma estabilidade excepcional e resistência à proteólise. Devido a estas peculiaridades moleculares os ciclotídeos são substâncias com importantes funções biológicas, entre elas, destacam-se as de defesa e adaptação dos organismos que as acumulam. São de grande interesse para agricultura, agindo como inseticidas e, no uso medicinal por apresentarem atividades anti-HIV, anti-helmíntica, antimicrobiana e efeitos uterotônicos. A presente dissertação trata do estudo de ciclotídeos isolados da planta Noisettia orchidiflora (Rudge) Gingins, pertencente à família Violaceae, um táxon de ocorrência frequente na Mata Atlântica. Já existem dados na literatura sobre o estudo de ciclotídeos das raízes e o presente estudo é importante na medida que registra a ocorrência desta classe de substâncias e a sua caracterização nas folhas e galhos desta espécie, levando a informações mais completas sobre a ocorrência de ciclotídeos em Violaceae. A extração de ciclotídeos do material vegetal (galhos e folhas secos e moídos) foi feita mediante maceração hidrometanólica até esgotamento do material vegetal, seguida de partição líquido-líquido com diclorometano. A fase polar foi concentrada e submetida à cromatografia em coluna, empregando octadecilsilano (C18) como fase estacionária, obtendo-se frações ricas em peptídeos. O processo de purificação foi realizado por HPLC preparativo e/ou analítico com eluição gradiente, empregando-se acetonitrila e água como fase móvel, o que permitiu a obtenção das substâncias. A sequência de aminoácidos (estrutura primária) dos ciclotídeos isolados foi estabelecida por Espectrometria de Massas MALDI-TOF/TOF com o auxílio das reações de redução, alquilação e digestão enzimática empregando as enzimas: endoproteinase de ácido glutâmico (endoGlu-C), tripsina e quimiotripsina. Também, foi realizada a análise de aminoácidos das substâncias, permitindo a quantificação de cada aminoácido presente. A presente pesquisa resultou no isolamento de seis compostos de galhos e três oriundos de folhas, totalizando sete diferentes possíveis ciclotídeos, visto que dois deles foram comuns para ambos os tecidos. Até o momento foi possível determinar a estrutura primária de quatro deles: Os ciclotídeos Nor B (substância F20-2), massa molecular 3180,416 Da, Nor C (substância F20-3), massa molecular 3282,472 Da, Nor D (substância F17-1), massa molecular 3249,474 Da e Nor E (substância F21-1), massa molecular 3170,472 Da. Todos eles reportados pela primeira vez no presente estudo. As demais substâncias isoladas se encontram em processo caracterização estrutural.

Cyclotides are polypeptide structures, comprise 28-37 amino acid residues, six of them, are cysteine residues, highly conserved and formed by disulfide bonds, which exhibit "head-tail" cyclization type. This structural feature gives to cyclotides remarkable stability and resistance to proteolysis. Due to these singularities, such compounds have disclosed important biological functions. Among them; the literature has highlighted important ecological properties as defense and adaptation of the organisms, which accumulate these natural products. Accordingly, they are of great interest to agriculture, acting as insecticide, and to medicine, since some compounds have displayed anti-HIV activity, anthelmintic, antimicrobial and uterotonic properties. This research deals with the study of cyclotides isolated Noisettia orchidiflora (Rudge) Gingins, belonging to the taxon Violaceae, which frequently occurs in the Atlantic Forest. There are several studies in the literature on the occurrence of this class of compounds and their characterization in the leaves and branches of Violaceae plant species, leading to more complete information on the occurrence of cyclotides, and their biological significance for these plants. The cyclotides extraction of plant material (dried and ground branches and leaves) was carried out by maceration with methanol/water, followed by a liquid-liquid partition with dichloromethane. The polar phase was concentrated and subjected to chromatographic column using octadecylsilane (C18) as stationary phase, achieving several fractions rich in peptides. The purification process was performed by analytical and/or preparative HPLC, in gradient of acetonitrile and water as mobile phase, which led to the isolation of the cyclotides. The amino acid sequence (primary structure) of the isolated compounds was established by MALDI-TOF/TOF by reduction and alkylation reactions as well as enzymatic digestion using the enzymes: endoproteinase glutamic acid (endoGlu-C), trypsin and chymotrypsin. Also, the quantification of each amino acid present in the cyclotide structures was performed, and this amino acid analysis was fundamental for the characterization of these substances. Therefore, this research resulted in the isolation of the six compounds accumulated in the branches, and 3 of them were also found in the leaves. A complete analysis of all peptides suggested that seven are cyclotides, while two of them were common for both twigs and leaves tissues. Until now it was possible to determine the primary structure of four cyclotides, which is being described in plants for the first time: The cyclotides Nor B (F20-2 substance), molecular weight 3180.416 Da, Nor C (F20-3 substance), molecular weight 3282.472 Da, Nor D (substance F17-1), molecular mass 3249.474 Da Nor E (F21-1 substance), molecular weight 3170.472 Da. All these cyclotides are being reported for the first time in this study, however, 3 of these are currently under further analytical studies aimed at the complete structural characterization.