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Publicação
Coleoid venoms: predicting cephalotoxin function and biotechnological applications from ecological and evolutionary traits
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
The ocean’s immense biodiversity offers almost limitless but little explored bioactives for safer
and more cost-effective alternatives to synthetic drugs. However, addressing marine
biodiversity, especially invertebrates, while producing validated data for industry is
challenging. Albeit often neglected, commercial venomous species such as cuttlefishes and
octopuses can provide varied bioactives for the purpose of bioprospecting. Cephalotoxins,
secreted by the salivary glands of coleoids, are little-known substances with at least analgesics
properties. Benefitting from their economic and ecological relevance, our case studies are the
Octopus vulgaris and the Sepia officinalis. The integration of the toxin-delivery apparatus (i.e.,
anterior and posterior salivary glands) ecophysiology, combined with toxicology and
molecular biology provided comprehensive information on the function and targets of these
cephalopods bioactives. Altogether, the microanatomy revealed that the two species secrete
different substances. Despite generally similar anatomy between the two salivary glands,
characterised by branched glandular tubules bearing mucous and secretory epithelia, the
octopus’ posterior salivary gland (PSG) is more complex structurally than its anterior
counterpart (ASG), which also extends to the simpler cuttlefish PSG. Transcriptomics
confirmed the high diversity of venom-peptides secreted by both cephalopods, of which
bioactives with potential neurotoxic and endocrine-disrupting effects (e.g., pro-insulins) are
highlighted, together with proteins with inhibitory functions. However, the cuttlefish PSG
presented more putative cephalotoxin variants than octopus. Seven full coding sequences of
interest, such as three cysteine-rich venom proteins, a venom insulin, a cephalotoxin, a
chitinase and a hyaluronidase, were isolated and validated. These bioactives exhibited
different patterns of sequence variation within venomous taxa, suggesting potential specificity
among octopus and cuttlefishes. The crude protein extracts of both PSG were able to activate
human G protein-coupled receptors of interest, indicating its great potential to aid in xiv
bioprospection, albeit yielding low combined cytotoxicity, which shows an interesting path
towards safer drugs targeting the human druggable proteome.
A imensa biodiversidade do oceano é uma fonte quase ilimitada de bioativos, embora pouco explorada, que se podem tornar alternativas seguras e rentáveis para a indústria biofarmacêutica. No entanto, abordar esta biodiversidade, especialmente de invertebrados, enquanto se produz dados válidos para a indústria é desafiante. Embora frequentemente negligenciadas, espécies comerciais venenosas como chocos e polvos podem ser importantes alvos de bioprospecção para novos bioactivos. As cefalotoxinas secretadas pelas glândulas salivares dos coleóides apresentam potencial analgésico, mas são substâncias pouco conhecidas. Beneficiando da sua relevância económica e ecológica, os nossos casos de estudo são o Octopus vulgaris e o Sepia officinalis. A integração da ecofisiologia do órgão produtor de toxinas (i.e., glândulas salivares anteriores e posteriores), combinada com toxicologia e biologia molecular, forneceu informações importantes sobre a função e os alvos dos bioativos destes cefalópodes. Apesar da aparência anatómica semelhante das suas glândulas salivares, caracterizadas por túbulos glandulares ramificados com epitélios mucosos e secretórios, a glândula salivar posterior (PSG) do polvo parece mais complexa do que anterior (ASG), o que se estende à PSG do choco, indicando secreções diferenciadas. A transcritómica confirmou grande diversidade de péptidos venenosos secretados pelos dois cefalópodes, dos quais se destacam bioativos com potenciais efeitos neurotóxicos e disruptores endócrinos (por exemplo, pró-insulinas), juntamente com proteínas com funções inibitórias. No entanto, a PSG do choco apresentou mais variantes de cefalotoxinas. Foram isoladas e validadas sete sequências codificantes de interesse, nomeadamente três proteínas ricas em cisteína, uma pró- insulina, uma cefalotoxina, uma quitinase e uma hialuronidase. Estes bioativos exibiram diferentes padrões de variação entre diversos taxa venenosos, sugerindo potencial especificidade entre polvos e chocos. Os extratos proteicos brutos de ambas as PSG foram capazes de ativar, com baixa toxicidade, recetores humanos acoplados à proteína G, indicando xvi grande potencial de bioprospecção e revelando um caminho interessante na busca de novos biofármacos.
A imensa biodiversidade do oceano é uma fonte quase ilimitada de bioativos, embora pouco explorada, que se podem tornar alternativas seguras e rentáveis para a indústria biofarmacêutica. No entanto, abordar esta biodiversidade, especialmente de invertebrados, enquanto se produz dados válidos para a indústria é desafiante. Embora frequentemente negligenciadas, espécies comerciais venenosas como chocos e polvos podem ser importantes alvos de bioprospecção para novos bioactivos. As cefalotoxinas secretadas pelas glândulas salivares dos coleóides apresentam potencial analgésico, mas são substâncias pouco conhecidas. Beneficiando da sua relevância económica e ecológica, os nossos casos de estudo são o Octopus vulgaris e o Sepia officinalis. A integração da ecofisiologia do órgão produtor de toxinas (i.e., glândulas salivares anteriores e posteriores), combinada com toxicologia e biologia molecular, forneceu informações importantes sobre a função e os alvos dos bioativos destes cefalópodes. Apesar da aparência anatómica semelhante das suas glândulas salivares, caracterizadas por túbulos glandulares ramificados com epitélios mucosos e secretórios, a glândula salivar posterior (PSG) do polvo parece mais complexa do que anterior (ASG), o que se estende à PSG do choco, indicando secreções diferenciadas. A transcritómica confirmou grande diversidade de péptidos venenosos secretados pelos dois cefalópodes, dos quais se destacam bioativos com potenciais efeitos neurotóxicos e disruptores endócrinos (por exemplo, pró-insulinas), juntamente com proteínas com funções inibitórias. No entanto, a PSG do choco apresentou mais variantes de cefalotoxinas. Foram isoladas e validadas sete sequências codificantes de interesse, nomeadamente três proteínas ricas em cisteína, uma pró- insulina, uma cefalotoxina, uma quitinase e uma hialuronidase. Estes bioativos exibiram diferentes padrões de variação entre diversos taxa venenosos, sugerindo potencial especificidade entre polvos e chocos. Os extratos proteicos brutos de ambas as PSG foram capazes de ativar, com baixa toxicidade, recetores humanos acoplados à proteína G, indicando xvi grande potencial de bioprospecção e revelando um caminho interessante na busca de novos biofármacos.
Descrição
Palavras-chave
Marine biotechnology Marine toxins Cephalopoda Salivary glands Transcriptomics Microscopy