https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/92309 Sat, 05 Sep 2026 21:17:01 GMT 2026-09-05T21:17:01Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275315 Computational modeling of steroid hormones and their interaction with proteins Madaloz, Tâmela Zamboni Hormônios esteroides desempenham papéis fundamentais no desenvolvimento, metabolismo, e reprodução de animais. Eles exercem seus efeitos principalmente ao se ligarem a receptores nas células-alvo, integrando vias de ação genômicas e não genômicas. Hormônios esteroides podem provocar respostas em organismos não-alvo quando não removidos adequadamente de fontes de água por meio de seus processos de tratamento. Essa contaminação ambiental representa riscos para espécies em diferentes ambientes, levando a problemas como alterações transcricionais e distúrbios endócrinos. Para melhor compreender a extensão destes riscos, abordagens computacionais que permitem modelar a interação entre hormônios esteróides e proteínas-alvo constituem ferramentas poderosas para estudos. Nesse contexto, o principal objetivo desta tese foi modelar computacionalmente a interação entre hormônios esteróides e proteínas associadas em resoluções atomísticas (AA) e coarse-grained (CG), a fim de compreender as propriedades que governam sua interação. No Capítulo 1, usamos diferentes ferramentas computacionais para obter estruturas proteicas teóricas da superfamília de receptores nucleares (RNs) da ostra do Pacífico e testar suas propensões de ligação com o hormônio estradiol. Alcançamos uma taxa de sucesso de mais de 70% na predição de estruturas proteicas, além de identificar por meio de molecular docking posições de ligação para o estradiol em 22 modelos de RNs da ostra. Avaliamos através de simulações de dinâmica molecular AA a estabilidade dos complexos receptor-estradiol obtidos no molecular docking e calculamos a entalpia de ligação dos complexos simulados. Através desta abordagem, identificamos os RNs da ostra do Pacífico mais favoráveis à interação com o estradiol como pertencentes aos grupos NR1D, NR1H, NR1P, NR2E, NHR42 e NR0B de RNs. No Capítulo 2, nosso objetivo foi parametrizar 20 hormônios esteroides para o campo de força CG Martini 3. Mapeamos estruturas AA experimentais do Protein Data Bank para Martini 3 beads, garantindo, por meio de diferentes validações, que as propriedades físico-químicas essenciais das moléculas fossem modeladas adequadamente. Os modelos finais em Martini 3 apresentaram valores de área de superfície acessível ao solvente dentro de 5% de diferença em relação aos seus equivalentes atomísticos e reproduziram a tendência geral de hidrofobicidade dos dados de referência, embora as hidrofobicidades mais elevadas foram superestimadas. Em simulações livres de sistemas proteína-hormônio, as configurações de ligação conhecidas experimentalmente puderam ser reproduzidas em 89% dos casos. A disponibilidade destes modelos de hormônios esteróides para Martini 3 totalmente validados contribuirá para novos estudos em diferentes áreas científicas. Por fim, no Capítulo 3, desenvolvemos um estudo comparativo da interação entre as enzimas CYP17 de humanos, peixes e ostras com a progesterona. Utilizamos simulações CG em Martini 3 e múltiplas análises para avaliar as interações proteína-ligante e a dinâmica das proteínas. Registramos o acesso e a ligação da progesterona ao sítio ativo da enzima CYP17 de todas as espécies, embora os mecanismos envolvidos na dinâmica proteína-ligante entre enzimas de vertebrados e invertebrados apresentassem diferenças fundamentais. Enquanto o CYP17 dos vertebrados apresentou propriedades dinâmicas das proteínas compatíveis com uma especificidade marcante pela progesterona, a enzima CYP17-like da ostra interagiu com a progesterona sem alterações estruturais significativas induzidas pelo ligante, sugerindo uma possível redução da seletividade para a progesterona. Por fim, abordamos neste Capítulo adaptações para modelar enzimas CYP que representaram um desafio no Capítulo 2, contribuindo para nossa compreensão das propriedades enzima-substrato em um estudo computacional multiespécies. Em conclusão, os resultados coletivos da pesquisa desenvolvida nesta tese contribuíram para ampliar o conhecimento científico em diferentes áreas de interesse relacionadas à interação de hormônios esteróides e forneceram novos modelos para seu estudo em simulações computacionais.; Abstract: Steroid hormones are key molecules to the development, metabolism, and reproduction of animals. They exert their effects mainly by binding to receptors in target cells, integrating both genomic and non-genomic pathways of action. These steroid molecules can elicit responses in non-target organisms when not properly removed from water sources through water treatment processes. Such environmental contamination poses risks to species in different habitats, leading to issues like abnormal gene transcription and endocrine disruption. To better understand the extent of these risks, computational approaches enabling the modeling of the interaction between steroid hormones and protein targets are a powerful tool. In this context, the main objective of this thesis was to computationally model the interaction between steroid hormones with associated proteins at atomistic (AA) and coarse-grained (CG) resolutions, to gain insight into the properties that govern their interaction. In Chapter 1, we used multiple computational tools to obtain theoretical protein structures of the Pacific oyster superfamily of nuclear receptors (NR) and test their binding propensities with the estradiol hormone. We achieved a 70% success rate in protein structure prediction while identifying through molecular docking binding positions for estradiol in 22 oyster protein models. Through atomistic MD simulations, we assessed the stability of receptor-estradiol complexes from molecular docking, and assessed binding enthalpy of the simulated complexes. According to this approach, we identified that the most favorable Pacific oyster NRs to interact with estradiol belong to the NR1D, NR1H, NR1P, NR2E, NHR42, and NR0B groups of NRs. In Chapter 2, we aimed to parameterize 20 steroid hormones to the Martini 3 CG force field. We mapped experimental atomistic structures from the Protein Data Bank into Martini 3 beads, ensuring through validation strategies that essential physicochemical properties of the molecules were properly modeled. The final Martini 3 models exhibited solvent accessible surface area values within 5% of their atomistic equivalents, and recovered the overall hydrophobicity trend of the hormones, although higher hydrophobicities tended to be overestimated. In free simulations of protein-hormone systems the experimentally known binding poses could be recovered for 89% of the cases. The availability of these fully validated Martini 3 CG models for steroid hormones will contribute to new studies across different scientific fields. Finally, in Chapter 3 we developed a comparative study of the interaction between human, fish, and oyster CYP17 enzymes with progesterone. We employed Martini 3 CG simulations and multiple analysis to assess protein-ligand interactions and protein dynamics. We registered progesterone active site access and binding in the CYP17 enzyme of all species, although the mechanisms involved in protein-ligand dynamics between vertebrate and invertebrate enzymes presented key differences. While vertebrate CYP17 displayed protein dynamics properties compatible with marked specificity for progesterone, the oyster CYP17-like enzyme interacted with progesterone without significant ligand-induced structural changes, which suggests a potentially reduced selectivity for progesterone. Ultimately, we addressed in this work adaptations to model CYP enzymes that were challenging in Chapter 2, contributing to our understanding of enzyme-substrate properties in a multi-species computational study. In conclusion, the collective results of the research developed in this thesis contributed to expanding scientific knowledge in different fields interested in steroid hormone interaction and provided new models for their study in computational simulations. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275315 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275040 A influência do metabolismo de nitrogênio na biologia e competência vetorial do Aedes aegypti Trombe, Lara D'Alkmin O mosquito Aedes aegypti é um animal muito bem adaptado ao ambiente urbano e, atualmente, com as mudanças climáticas, sua proliferação vem aumentando. Por ser um inseto vetor que transmite arboviroses, como Zika e Dengue, consequentemente, a prevalência dessas doenças também está em crescimento. As fêmeas da espécie apresentam hábitos hematófogos, ou seja, se alimentam de sangue para o aproveitamento de energia e postura de ovos. Por ser um alimento rico em proteínas, ao realizar a digestão, há possibilidade de acúmulo de amônia, que se não for metabolizada e excretada, pode se tornar tóxica. O mosquito apresenta estratégias adaptativas para processar moléculas de amônia e restaurar o equilíbrio fisiológico, e já foi registrado em diversos trabalhos que o silenciamento de enzimas, como a xantina desidrogenase (XDH), associadas ao metabolismo de nitrogênio afeta processos centrais na biologia do inseto como digestão e reprodução. Pouco se sabe se vias do metabolismo de nitrogênio possuem alguma influência na competência vetorial do Aedes aegypti durante sua infecção pelo arbovírus Zika (ZIKV). Por isso, pensando em novas estratégias de controle e manejo desse mosquito vetor, o presente trabalho pretende explorar a influência de enzimas do metabolismo de nitrogênio em mosquitos infectados com Zika virus (ZIKV). O gene da xantina desidrogenase (XDH1), enzima responsável pela formação de ácido úrico, e importante para manter a homeostase de nitrogênio no organismo de A. aegypti, não apresentou alteração em sua expressão diante uma infecção de ZIKV. Ao analisar a carga viral em mosquitos dsXDH1 infectados com ZIKV, não foi observado mudança na carga viral sugerindo que a XDH1 não influencia na replicação do vírus no intestino médio do inseto ou na disseminação das partículas virais para a carcaça do animal. Porém, durante os experimentos foi observado que o grupo silenciado para XDH1 e infectado com ZIKV apresentou mortalidade estatisticamente maior que os mosquitos silenciados mas não infectados. Esse resultado sugere que o somatório do estresse metabólico, causado pela redução da XDH1, somado ao estresse infeccioso, causado pela replicação do ZIKV, é capaz de reduzir à tolerância do Aedes aegypti ao vírus Zika.; Abstract: The Aedes aegypti mosquito is a highly adapted animal to urban environments and, currently, due to climate change, its proliferation has been increasing. As a vector insect that transmits arboviruses such as Zika and Dengue, the prevalence of these diseases is consequently also on the rise. The females of this species exhibit hematophagous behavior, meaning they feed on blood to exploit energy and lay eggs. Since blood is rich in proteins, its digestion may lead to the accumulation of ammonia, which, if not metabolized and excreted, can become toxic. The mosquito has adaptive strategies to process ammonia molecules and restore physiological balance. Several studies have shown that silencing certain enzymes, such as xanthine dehydrogenase (XDH), related to nitrogen metabolism affects central processes in the insect?s biology, such as digestion and reproduction. However, little is known about whether nitrogen metabolism pathways influence the vector competence of Aedes aegypti during Zika virus (ZIKV) infection. Therefore, aiming at new strategies for controlling and managing this mosquito vector, the present study intends to explore the influence of nitrogen metabolism enzymes in mosquitoes infected with Zika virus (ZIKV). The xanthine dehydrogenase gene (XDH1), an enzyme responsible for uric acid production and essential for maintaining nitrogen homeostasis in A. aegypti, did not show any change in expression following ZIKV infection. When assessing viral load in dsXDH1 mosquitoes infected with ZIKV, no differences were observed, suggesting that XDH1 does not influence viral replication in the mosquito midgut nor the dissemination of viral particles to the carcass of the insect. However, during the experiments it was observed that the group silenced for XDH1 and infected with ZIKV showed significantly higher mortality compared to silenced but non-infected mosquitoes. This result suggests that the combined metabolic stress caused by XDH1 reduction, together with the infectious stress induced by ZIKV replication, is sufficient to decrease the tolerance of Aedes aegypti to Zika virus. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275040 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/273085 Efeito e mecanismo de ação do composto triterpenoide ácido betulínico relacionado à homeostasia da glicose Zaniboni, Bruna Antunes A busca por compostos naturais capazes de coordenar a secreção de insulina e atenuar processos de glicação proteica constitui uma estratégia promissora para o manejo da Diabetes Melito Tipo 2 (DM2). O ácido betulínico (AB), um triterpeno pentacíclico distribuído em espécies vegetais, desperta interesse devido às propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias e hipoglicemiantes. O presente trabalho teve como objetivo investigar os efeitos e mecanismos de ação do AB na secreção de insulina, na atividade eletrofisiológica de canais iônicos em células ß-pancreáticas e na formação de produtos finais de glicação avançada (AGEs) em modelos in vitro e in sílico de albumina glicada. Ensaios de secreção de insulina foram conduzidos em células ß-pancreáticas expostas ao AB e a moduladores clássicos de canais iônicos. O tratamento com AB aumentou significativamente a secreção de insulina, com efeito semelhante ao observado para a glibenclamida, sugerindo uma possível convergência de ação em canais de potássio dependentes de ATP (KATP). Essa hipótese foi reafirmada por experimentos eletrofisiológicos realizados por patch clamp na configuração whole-cell, nas quais o AB reduziu em aproximadamente 60% a amplitude das correntes K+. Tal inibição leva à despolarização da membrana, abertura dos canais de cálcio dependentes de voltagem e consequente aumento da secreção de insulina. Paralelamente, avaliou-se o potencial antiglicante do AB em ensaios in vitro de formação de AGEs utilizando albumina sérica bovina (BSA) e humana (HSA) incubadas com glicose ou frutose. O AB reduziu significativamente a formação de AGEs em modelos glicados por glicose e frutose, de modo dependente do tipo de açúcar e da concentração. Estudos de docking molecular complementares indicaram afinidade do AB por resíduos localizados próximos à lisina 524 da BSA e à lisina 195 da HSA, alguns dos principais sítios de glicação descritos na literatura, sugerindo que essa interação contribui para o efeito protetor. Em conjunto, os resultados demonstram que o AB exerce duplo efeito benéfico relevante ao contexto da DM2: aumento da secreção de insulina via inibição de canais de potássio e reduz a formação de AGEs por possível interação com resíduos susceptíveis à modificação.; Abstract: The search for natural compounds capable of coordinating insulin secretion and attenuating protein glycation processes represents a promising strategy for the management of Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM). Betulinic acid (BA), a pentacyclic triterpene distributed in several plant species, has attracted interest due to its antioxidant, anti-inflammatory, and hypoglycemic properties. The present study aimed to investigate the effects and mechanisms of action of BA on insulin secretion, the electrophysiological activity of ion channels in pancreatic ß-cells, and the formation of advanced glycation end products (AGEs) in in vitro and in silico models of glycated albumin. Insulin secretion assays were conducted in pancreatic ß-cells exposed to BA and classical ion channel modulators. Treatment with BA significantly increased insulin secretion, with an effect similar to that observed for glibenclamide, suggesting a possible convergence of action on ATP-sensitive potassium channels (KATP). This hypothesis was reaffirmed by electrophysiological experiments performed using the whole-cell patch clamp configuration, in which BA reduced the amplitude of K? currents by approximately 60%. Such inhibition leads to membrane depolarization, opening of voltagedependent calcium channels, and a consequent increase in insulin secretion. In parallel, the antiglycation potential of BA was evaluated in in vitro assays of AGE formation using bovine serum albumin (BSA) and human serum albumin (HSA) incubated with glucose or fructose. BA significantly reduced AGE formation in both glucose- and fructose-glycated models, in a manner dependent on the type of sugar and concentration. Complementary molecular docking studies indicated affinity of BA for residues located near lysine 524 of BSA and lysine 195 of HSA, two of the main glycation sites described in the literature, suggesting that this interaction may contribute to the observed protective effect. Taken together, the results demonstrate that BA exerts a dual beneficial effect relevant to the context of T2DM: it increases insulin secretion via inhibition of potassium channels and reduces AGE formation through a possible interaction with residues susceptible to glycation. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/273085 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/272747 Efeito profilático do exercício físico e/ou agmatina sobre o comportamento do tipo-depressivo induzido por lipopolissacarídeo e parâmetros relacionados à inflamação em camundongos Souza, Pedro Borges de O transtorno depressivo maior (TDM) é reconhecido como um dos transtornos psiquiátricos mais prevalente e um dos principais responsáveis pela carga global de doenças. Evidências apontam que a inflamação pode desempenhar um papel importante na fisiopatologia do TDM. Contudo, a abordagem terapêutica atual apresenta certas limitações que exigem estratégias inovadoras, incluindo a profilaxia dessa doença. O exercício físico tem se destacado por seu efeito antidepressivo terapêutico e profilático. Por outro lado, a agmatina, uma poliamina endógena, tem apresentado resultados promissores em modelos animais de depressão. Este trabalho busca avaliar o efeito profilático do exercício físico aeróbico (EF) e/ou agmatina (Agm), bem como de vesículas extracelulares (VEs) derivadas de animais exercitados frente ao comportamento do tipo-depressivo induzido por lipopolissacarídeo (LPS) e os mecanismos subjacentes a este efeito. No primeiro capítulo, camundongos Swiss machos foram submetidos a EF em esteira e/ou administração de Agm (5 mg/kg, p.o.). Após sete dias de washout, foi administrado LPS (0,83 mg/kg, i.p.), e os testes comportamentais e a coleta de tecido ocorreram após 24 horas. No segundo capítulo, animais C57BL/6 selvagens (wild-type ? WT) e FNDC5/irisina (knockout) KO, machos e fêmeas, foram submetidos a EF de nado por 5 semanas, seguidos da caracterização comportamental e extração das VEs plasmáticas. As VEs derivadas de animais exercitados (VEs-ExWT e VEs-ExKO) e sedentários (VEs-Sed) foram administradas em camundongos C57BL/6 WT machos em uma concentração de 3,5×10^7 partículas/injeção, em 6 injeções. Um dia após a última injeção, foi administrado LPS (0,83 mg/kg), e os testes comportamentais e a coleta de tecido ocorreram após 24 horas. No capítulo I foi observado que o LPS induziu um comportamento do tipo-depressivo e anedônico nos animais. Estes comportamentos foram prevenidos pelo EF e Agm, sozinhos ou em combinação. O LPS reduziu os parâmetros locomotores avaliados no teste do campo aberto (TCA) em todos os grupos. A administração de LPS induziu um aumento nos níveis de IL-1ß no hipocampo e no cólon. A Agm e Agm+EF preveniram este aumento no hipocampo, e o EF e EF+Agm preveniram o aumento no cólon. No córtex frontal, o LPS reduziu a expressão de Fndc5, Bdnf e zonulina-1, não sendo prevenida pelos tratamentos. O aumento da expressão de Nlrp3 foi prevenido pelo EF, Agm e EF+Agm, o aumento de ASC foi prevenido pela Agm e o aumento de caspase-1 induzido pelo LPS no córtex frontal foi prevenido pela Agm e EF+Agm. Todos os grupos expostos ao LPS apresentaram aumento da expressão de IL-1ß e redução da expressão de IL-18 no córtex frontal. O LPS induziu aumento na permeabilidade do hipocampo, do córtex frontal e do cólon, e esses efeitos foram prevenidos pelo EF, Agm e EF+Agm. No capítulo II, os animais FNDC5 KO exercitados exibiram um comportamento do tipo-depressivo e prejuízo na memória. A administração de LPS induziu um comportamento do tipo-depressivo, prevenido pela administração de VEs-ExWT e VEs-ExKO. O LPS induziu um comportamento do tipo anedônico somente no grupo EVs-ExKO. O LPS reduziu todos os parâmetros no TCA, independentemente do tratamento. A expressão de Fndc5 em todos os grupos administrados com LPS, e expressão de Bdnf no grupo PBS+LPS estava reduzida no hipocampo. Observou-se um aumento na expressão de IL-1ß no hipocampo de animais VEs-ExWT+LPS. Estes resultados indicam que o EF e Agm, bem como VEs derivados de animais exercitados WT e KO parecem ter uma atividade profilática frente ao desenvolvimento do comportamento do tipo-depressivo induzido por LPS.; Abstract: Major depressive disorder (MDD) is recognized as one of the most prevalent psychiatric disorders and one of the leading contributors to the global burden of disease. Evidence suggests that inflammation may play an important role in the pathophysiology of MDD. However, current therapeutic approaches present certain limitations that require innovative strategies, including disease prophylaxis. Physical exercise has gained prominence due to its therapeutic and prophylactic antidepressant effects. On the other hand, agmatine, an endogenous polyamine, has shown promising results in animal models of depression. This study aimed to evaluate the prophylactic effect of aerobic physical exercise (PE) and/or agmatine (Agm), as well as extracellular vesicles (EVs) derived from exercised animals, on lipopolysaccharide (LPS)-induced depressive-like behavior and the mechanisms underlying this effect. In the first chapter, male Swiss mice were subjected to treadmill PE and/or Agm administration (5 mg/kg, p.o.). After seven days of washout, LPS (0.83 mg/kg, i.p.) was administered, and behavioral tests and tissue collection were performed 24 hours later. In the second chapter, wild-type (WT) and FNDC5/irisin knockout (FNDC5 KO) male and female C57BL/6 mice were subjected to swimming PE for five weeks, followed by behavioral characterization and plasma EV extraction. EVs derived from exercised animals (EVs-ExWT and EVs-ExKO) and sedentary animals (EVs-Sed) were administered to male C57BL/6 WT mice at a concentration of 3.5×107 particles/injection, in six injections. One day after the last injection, LPS (0.83 mg/kg) was administered, and behavioral tests and tissue collection were conducted 24 hours later. In Chapter I, LPS induced depressive-like and anhedonic-like behavior in the animals. These behaviors were prevented by PE and Agm, alone or in combination. LPS reduced locomotor parameters assessed in the open field test (OFT) in all groups. LPS administration increased IL-1ß levels in the hippocampus and colon. Agm and Agm+PE prevented this increase in the hippocampus, while PE and PE+Agm prevented the increase in the colon. In the frontal cortex, LPS reduced the expression of Fndc5, Bdnf, and zonulin-1, which was not prevented by the treatments. The LPS-induced increase in Nlrp3 expression was prevented by PE, Agm, and PE+Agm, the increase in ASC was prevented by Agm, and the increase in caspase-1 in the frontal cortex was prevented by Agm and PE+Agm. All groups exposed to LPS showed increased IL-1ß and reduced IL-18 expression in frontal cortex. LPS increased permeability in the hippocampus, frontal cortex, and colon, and these effects were prevented by PE, Agm, and PE+Agm. In Chapter II, exercised FNDC5 KO animals exhibited depressive-like behavior and memory impairment. LPS administration induced depressive-like behavior, which was prevented by the administration of EVs-ExWT and EVs-ExKO. LPS induced an anhedonic-like behavior only in the EVs-ExKO group. LPS reduced all OFT parameters regardless of treatment. Fndc5 expression was reduced in all LPS-treated groups, and Bdnf expression was reduced in the PBS+LPS group in the hippocampus. An increase in IL-1ß expression was observed in the hippocampus of EVs-ExWT+LPS animals. These results indicate that PE and Agm, as well as EVs derived from exercised WT and KO animals, appear to exert prophylactic activity against the development of LPS-induced depressive-like behavior. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/272747 2026-01-01T00:00:00Z