Docking molecular e atividade enzimática da fosfolipase A2 do peixe Devario malabaricus exposto ao inseticida malathion

Abstract

As fosfolipases são enzimas de crucial importância para a síntese de mediadores inflamatórios tais como tromboxanos, leucotrienos e prostaglandinas que dependem da geração de ácido araquidônico. O malathion é um inseticida organofosforado atualmente utilizado para controle de insetos na agricultura e vetores de doenças como a dengue em áreas urbanas. Diante disso, este estudo consistiu em uma introdução geral, seguido de análises in silico utilizando ferramentas computacionais com o intuito de elucidar a região do sítio ativo, suas estruturas e ligações entre os átomos das moléculas. Dessa forma a proteína fosfolipase A2 citosólica de Danio rerio foi modelada de forma comparativa mediante a restrição espacial e o modelo selecionado foi utilizado para análises de docking molecular à fim de predizer a interação da proteína com o inseticida organofosforado malathion e seus análogos. O modelo tridimensional da proteína foi construido no software Modeller e os experimentos de docking molecular realizados com o programa AutoDock 4.2.6. As interações foram elucidadas por meio dos aplicativos LigPlot+, Discovery e PyMol, buscando o entendimento sobre a interação do inseticida malathion e seus análogos com as proteínas acima citadas. Posteriormente, foram realizados os testes in vivo com a exposição de peixes da espécie Devario malabaricus expostos à diferentes concentrações de malathion para identificar a concentração letal e ensaios enzimático. Os resultados da modelagem de proteínas por homologia mostraram um valor de identidade superior a 70% comparando com as sequências de humanos, coelhos e outros animais vertebrados. Foram criados e selecionados modelos da proteína e os mesmos validados para estudos de docking, os resultados mostraram que as regiões dos sítios catalíticos da cPLA2 interagiram com os átomos que compõe o malathion e seus metabólitos por meio de interações hidrofóbicas e ligações de hidrogênio. Os testes in vivo resultaram na mortalidade total dos espécimes à partir da concentração de 0,03% e a sobrevivência dos organismos ocorreu apenas nas concentrações 0, 0,01, 0,02%. A concentração letal (CL50) foi de 0,029% para 50% da população. O ensaio enzimático foi realizado com as concentrações 0, 0,02 e 1% e demonstrou que o malathion foi capaz de inibir a atividade enzimática da PLA2 nas concentrações de 0,02 e 1% corroborando com os estudos teóricos. Dessa forma, foi possível corroborar as informações teóricas obtidas nos estudos de docking molecular com o ensaio in vivo e o estudo enzimático que o malathion é um inibidor da fosfolipase A2.

Phospholipases are enzymes of crucial importance for the synthesis of inflammatory mediators such as thromboxanes, leukotrienes and prostaglandins that depend on the generation of arachidonic acid. Malathion is an organophosphate insecticide currently used to control insects in agriculture and vectors of diseases such as dengue in urban areas. Therefore, this study consisted of a general introduction, followed by in silico analyses using computational tools in order to elucidate the region of the active site, its structures and bonds between the atoms of the molecules. Thus, the cytosolic phospholipase A2 protein of Danio rerio was modeled comparatively by means of spatial restriction and the selected model was used for molecular docking analyses in order to predict the interaction of the protein with the organophosphate insecticide malathion and its analogues. The three-dimensional model of the protein was constructed in the Modeller software and the molecular docking experiments were performed with the AutoDock 4.2.6 program. The interactions were elucidated using the LigPlot+, Discovery and PyMol applications, seeking to understand the interaction of the insecticide malathion and its analogues with the proteins mentioned above. Subsequently, in vivo tests were performed with the exposure of fish of the species Devario malabaricus exposed to different concentrations of malathion to identify the lethal concentration and enzymatic assays. The results of protein modeling by homology showed an identity value greater than 70% compared to the sequences of humans, rabbits and other vertebrates. Protein models were created and selected and validated for docking studies, the results showed that the regions of the catalytic sites of cPLA2 interacted with the atoms that make up malathion and its metabolites through hydrophobic interactions and hydrogen bonds. The in vivo tests resulted in total mortality of the specimens from the concentration of 0.03% and the survival of the organisms occurred only at concentrations of 0, 0.01, 0.02%. The lethal concentration (LC50) was 0.029% for 50% of the population. The enzymatic assay was performed with concentrations of 0, 0.02 and 1% and demonstrated that malathion was able to inhibit the enzymatic activity of PLA2 at concentrations of 0.02 and 1%, corroborating theoretical studies. Thus, it was possible to corroborate the theoretical information obtained in the molecular docking studies with the in vivo assay and the enzymatic study that malathion is an inhibitor of phospholipase A2.