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Type: Tese
Title: Investigação da enzima NAD(P)H quinona desidrogenase 1 (NQO1) recombinante como alvo molecular da naftoquinona RCDFC na ação citotóxica contra células de câncer de pulmão
Title in English: Investigation of the recombinant NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO1) enzyme as a molecular target of naphthoquinone RCDFC in the cytotoxic action against lung cancer cells
Authors: Costa, Pedro Mikael da Silva
Advisor: Pessoa, Cláudia do Ó
Co-advisor: Paier, Carlos Roberto Koscky
Keywords in Brazilian Portuguese : Naftoquinona;Agente citotóxico;Quinona redutase;Estresse oxidativo
Keywords in English : Naphthoquinone;Cytotoxic agent;Quinone reductase;Oxidative stress
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Issue Date: 2024
Citation: COSTA, Pedro Mikael da Silva. Investigação da enzima NAD(P)H quinona desidrogenase 1 (NQO1) recombinante como alvo molecular da naftoquinona RCDFC na ação citotóxica contra células de câncer de pulmão. 2024. 126 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: O acúmulo de mutações e modificações epigenéticas em células neoplásicas confere características como a sinalização sustentada para proliferação, resistência à morte celular e reprogramação metabólica. Devido ao estado pró-oxidativo, uma das estratégias que as células tumorais utilizam para resistirem ao incremento de espécies reativas de oxigênio é o aumento da expressão de enzimas antioxidantes, como a NAD(P)H-Quinona Oxidorredutase 1 (NQO1). A enzima NQO1 catalisa a conversão de quinonas a semiquinonas protegendo a célula contra o estresse oxidativo, encontrando-se superexpressa em tumores sólidos como o câncer de pulmão, mama e próstata. Esse trabalho buscou compreender a interação da proteína NQO1 com a naftoquinona RCDFC. A proteína NQO1 recombinante foi produzida utilizando Escherichia coli como plataforma de expressão e purificada por IMAC seguida de SEC, sendo caracterizada por SDS-PAGE e DLS. A avaliação da interação NQO1-RCDFC ocorreu por ensaio enzimático ponto final, ensaio de monitoramento do consumo de NADH, fluorimetria diferencial de varredura, avaliação da fluorescência intrínseca do triptofano e avaliação de estrutura secundária por dicroísmo circular. Além disso, foi dado início nos ensaios de cristalografia de proteínas. O efeito antineoplásico da RCDFC foi investigado utilizando o ensaio do MTT, avaliação da morfologia celular, viabilidade celular, ciclo celular, formação de ERO, e expressão de DNA metil-transferases (DNMTs). Também foi avaliado se a RCDFC causa hemólise de eritrócitos. A proteína NQO1 foi obtida com rendimento de 1 mg/L de cultura e 80 % monodispersa. Foi demonstrado que a RCDFC inibe a atividade enzimática da NQO1, diminui o consumo de NADH, aumenta a Tm, altera a conformação de estruturas secundárias e modifica o ambiente químico dos triptofanos. O valor de Kd da RCDFC em interação com a NQO1 foi estimado como 0,28 µM, sendo menor que o Kd do ligante controle dicumarol (0,48 µM). O ensaio do MTT mostrou que a RCDFC possui efeito antineoplásico em linhagens de tumores sólidos e tumores hematológicos. Foi demonstrado que a RCDFC causa condensação de cromatina, perda de conteúdo citoplasmático, retração do volume celular e vacuolização citoplasmática em células de câncer de pulmão A549. Nessas células a RCDFC exerce efeito citostático com parada de ciclo celular nas fases G1 e S, acúmulo de ERO e redução da expressão gênica de DNMT1 e DNMT2. A RCDFC apresentou baixo potencial hemolítico em eritrócitos de camundongos. A inibição da NQO1 pela naftoquinona RCDFC se apresenta como uma estratégia promissora para a terapia farmacológica alvo-dirigida no combate ao câncer de pulmão.
Abstract: Accumulation of mutations and epigenetic modifications in neoplastic cells confers characteristics such as sustained signaling for proliferation, resistance to cell death and metabolic reprogramming. Due to the pro-oxidative state, one of the strategies that tumor cells use to resist reactive oxygen species increasing is the expression of antioxidant enzymes, such as NAD(P)H-Quinone Oxidoreductase 1 (NQO1). The enzyme NQO1 catalyzes the conversion of quinones to semiquinones, protecting the cell against oxidative stress, and is overexpressed in solid tumors such as lung, breast and prostate cancer. This study sought to understand the interaction between NQO1 protein and the naphthoquinone RCDFC. Recombinant NQO1 protein was produced using Escherichia coli as expression platform, purified by IMAC followed by SEC and characterized by SDS-PAGE and DLS. The NQO1-RCDFC interaction was evaluated by end-point enzyme assay, NADH consumption monitoring assay, differential scanning fluorimetry, evaluation of intrinsic tryptophan fluorescence and secondary structure evaluation using circular dichroism. Protein crystallography tests were also started. The antineoplastic effect of RCDFC was investigated using the MTT assay, evaluation of cell morphology, membrane integrity, cell viability, cell cycle, ROS formation, and expression of DNMTs. It was also assessed whether RCDFC causes erythrocyte hemolysis. The NQO1 protein was obtained with a yield of 1 mg/L of culture and 80% monodisperse. It was shown that RCDFC inhibits the enzymatic activity of NQO1, decreases NADH consumption, increases Tm, alters conformation of secondary structures and modifies tryptophans chemical environment. The Kd value of RCDFC interacting with NQO1 was estimated at 0.28 μM, lower than the Kd of the control ligand dicumarol (0.48 μM). The MTT assay showed that RCDFC has antineoplastic effect on solid tumor cell lines and hematological tumors. RCDFC has been shown to cause chromatin condensation, loss of cytoplasmic content, cell volume shrinkage and cytoplasmic vacuolization in A549 lung cancer cells. In these cells, RCDFC exerts a cytostatic effect with cell cycle arrest in the G1 and S phases, accumulation of ROS and reduction of DNMT1 and DNMT2 gene expression. RCDFC showed low hemolytic potential in mouse erythrocytes. The inhibition of NQO1 by the naphthoquinone RCDFC appears to be a promising strategy for target-directed pharmacological therapy in the fight against lung cancer.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78015
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5492007845403609
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1305553577433058
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0452694925077842
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:RENORBIO - Teses defendidas na UFC

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