BoaγPLI: Structural and functional characterization of the gamma phospholipase A2 plasma inhibitor from the non-venomous Brazilian snake Boa constrictor

Abstract

Plasma in several organisms has components that promote resistance to envenomation by inhibiting specific proteins from snake venoms, such as phospholipases A 2 (PLA 2 s). The major hypothesis for inhibitor's presence would be the protection against self-envenomation in venomous snakes, but the occurrence of inhibitors in non-venomous snakes and other animals has opened new perspectives for this molecule. Thus, this study showed for the first time the structural and functional characterization of the PLA 2 inhibitor from the Boa constrictor serum (BoaγPLI), a non-venomous snake that dwells extensively the Brazilian territory. Therefore, the inhibitor was isolated from B. constrictor serum, with 0.63% of recovery. SDS-PAGE showed a band at~25 kDa under reducing conditions and~20 kDa under non-reducing conditions. Chromatographic analyses showed the presence of oligomers formed by BoaγPLI. Primary structure of BoaγPLI suggested an estimated molecular mass of 22 kDa. When BoaγPLI was incubated with Asp-49 and Lys-49 PLA 2 there was no severe change in its dichroism spectrum, suggesting a non-covalent interaction. The enzymatic assay showed a dose-dependent inhibition, up to 48.2%, when BoaγPLI was incubated with Asp-49 PLA 2 , since Lys-49 PLA 2 has a lack of enzymatic activity. The edematogenic and myotoxic effects of PLA 2 s were also inhibited by BoaγPLI. In summary, the present work provides new insights into inhibitors from non-venomous snakes, which possess PLIs in their plasma, although the contact with venom is unlikely. OPEN ACCESS Citation: Rodrigues CFB, Serino-Silva C, Morais-Zani Kd, Kavazoi VK, Carvalho MPN, Grego KF, et al. (2020) BoaγPLI: Structural and functional characterization of the gamma phospholipase A2 plasma inhibitor from the non-venomous Brazilian snake Boa constrictor. PLoS ONE 15(2): e0229657. https://doi.org/10.

Convergent evolution of toxin resistance in animals

“…Interestingly, all elapid inhibitors are classified as PLA 2 I-γ class, whereas viperid inhibitors are also in the PLA 2 I-α and PLA 2 I-β classes (see Table S3 for an overview of PLA 2 Is in snakes). PLA 2 I-γ of some non-venomous snakes may represent prey resistance that evolved in response to predation from venomous snakes (Thwin et al, 2000;Zhong & Huang, 2016;Fortes-Dias et al, 2020;Rodrigues et al, 2020Rodrigues et al, , 2021. PLA 2 Is have also been characterised in the venom and venom gland itself, possibly representing a form of autoresistance (Mackessy & Baxter, 2006;Valente et al, 2018).…”

Identificação, isolamento e caracterização do inibidor de PLA2 presente no soro da serpente não peçonhenta >i<Boa constrictor >/i<

“…Apesar dos PLIs terem sido identificados e caracterizados em um grande número de serpentes peçonhentas (CAMPOS et al, 2016;FORTES-DIAS et al, 2016), presumivelmente como formas de auto-resistência contra seus próprios venenos, apenas um pequeno número de PLIs foi identificado em serpentes não peçonhentas (THWIN et al, 2002;SHIRAI et al, 2009;XIONG et al, 2017;FORTES-DIAS et al, 2020;RODRIGUES et al, 2020).…”

“…Neste sentido, o Capítulo 2 mostrou a purificação e caracterização do BoaγPLI, inibidor endógeno de Boa constrictor, serpente não peçonhenta, com foco na inibição das ações farmacológicas relacionadas com danos locais por diferentes PLA2s isoladas (RODRIGUES et al, 2020). No entanto, apesar da inibição dos efeitos locais causados pelas PLA2s isoladas ter sido elucidada, a inibição do efeito anticoagulante da PLA2 pelo BoaγPLI ainda não foi explorada.…”

“…Devido às suas diferenças estruturais, tais inibidores podem ser classificados em três grupos: αPLI, βPLI, e γPLI, cujos domínios estão relacionados à interação entre o inibidor e PLA2(FORTES-DIAS et al, 2016).O γPLI de Boa constrictor já foi identificado por análise transcriptômica(FORTES- DIAS et al, 2020), mas sua caracterização funcional ainda não foi relatada. Diante do contexto, o potencial biotecnológico desses inibidores pode fornecer modelos moleculares terapêuticos com atividade antiofídica para complementar a soroterapia convencional contra essas enzimas multifuncionais, bem como seu potencial anti-inflamatório, uma vez que existe uma similaridade estrutural e catalítica entre o veneno e as PLA2s humanas, além de contribuir para a elucidação do mecanismo de interação PLA2-PLI.Neste âmbito, isolamos um γPLI do plasma da Boa constrictor, denominado BoaγPLI, e o caracterizamos estruturalmente (estrutura primária e secundária e sua oligomerização) e funcionalmente por efeitos inibitórios nas atividades enzimática, edematogênica, miotóxica e anticoagulante das proteínas isoladas Asp-49 e Lys-49 PLA2(RODRIGUES et al, 2020).…”

“…Como dito anteriormente, as PLA2s possuem uma ampla gama de efeitos farmacológicos, como: miotoxicidade, neurotoxicidade, anticoagulação, entre outros. Em conjunto, o presente trabalho demonstrou o potencial inibitório das atividades edematogênicas, miotóxicas, anticoagulantes tanto de PLA2s isoladas(RODRIGUES et al, 2020), e, em relação à atividade anticoagulante, o presente capítulo também elucidou tal potencial inibitório em relação a um veneno bruto de uma serpente ofiófaga, cuja composição é majoritariamente PLA2. Tal achado evidencia que o BoaγPLI poderia atuar sobre outras ações farmacológicas causadas pelas PLA2s.…”