Luciferases pH-sensitivas: origem estrutural da sensibilidade ao pH, e viabilidade de emprego em biossensores celulares de pH e cátions de metais pesados

• Processo: 11/23961-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de agosto de 2012 - 31 de janeiro de 2015
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Radiologia e Fotobiologia
• Pesquisador responsável: Vadim Viviani
• Beneficiário: Vadim Viviani
• Instituição Sede: Centro de Ciências e Tecnologias para a Sustentabilidade (CCTS). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). Sorocaba , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 13/21432-6 - Expressão e caracterização de mutantes de luciferases pH-sensitivas, BP.TT
• Assunto(s): Luciferases Bioluminescência Técnicas biossensoriais Cátions Metais pesados
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biofotônica | bioluminescência | biossensores | luciferases | sensibilidade ao pH | Bioluminesceência

Resumo

As luciferases de besouros emitem diferentes cores de bioluminescência, desde o verde até o vermelho, usando os mesmos substratos D-luciferina, MgATP e oxigênio molecular. Funcionalmente, classificam-se em pH-sensitivas (Lampirídeos), cujo espectro é deslocado para o vermelho em pH ácido, na presença de metais pesados como cobre e zinco e em altas temperaturas, e as pH-insensitivas (fengodídeos e elaterídeos) cujo espectro não é afetado por estes fatores. As luciferases pH-sensitivas foram as mais estudadas e atualmente são as mais aplicadas como reagentes bioanalíticos e como genes repórter para estudos de expressão gênica, biossensores e marcação celular. Entretanto, a origem estrutural das sensibilidade ao pH ainda não foi esclarecida. Além disto, a sensibilidade ao pH tem sido considerada uma propriedade indesejável na medida em que fatores intra-celulares podem reduzir a eficiência de emissão de luz verde. Em 2005 clonamos a luciferase do lampirídeo brasileiro Macrolampis que apresenta espectro muito sensível a pH e outros fatores, e sugerimos a utilização da sensibilidade espectral desta luciferase como possível indicador de mudanças intracelulares de pH e cátions, depositando a primeira patente que utiliza a sensibilidade espectral para finalidades analíticas. Entretanto, até o momento esta propriedade não foi utilizada, em parte por ter sido uma tecnologia pré-matura na época do depósito da patente. Assim, utilizando a luciferase de Macrolampis, e outras pH-sensitivas clonadas em meu grupo de pesquisa, pretendemos identificar os determinantes estruturais da sensibilidade ao pH, e investigar a aplicabilidade tecnológica desta propriedade, desenvolvendo biossensores celulares e intra-celulares para detecção de metais pesados e mudanças de pH. (AU)

Publicações científicas

(5)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

VIVIANI, V. R.; AMARAL, D. T.; NEVES, D. R.; SIMOES, A.; ARNOLDI, F. G. C.. The Luciferin Binding Site Residues C/T311 (S314) Influence the Bioluminescence Color of Beetle Luciferases through Main-Chain Interaction with Oxyluciferin Phenolate. BIOCHEMISTRY, v. 52, n. 1, p. 19-27, JAN 8 2013. (11/23961-0, 12/04857-0)

GABRIEL, GABRIELE V. M.; VIVIANI, VADIM R.. Engineering the metal sensitive sites in Macrolampis sp2 firefly luciferase and use as a novel bioluminescent ratiometric biosensor for heavy metals. ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY, v. 408, n. 30, p. 8881-8893, DEC 2016. (11/23961-0, 14/04477-9, 13/09594-0)

DE MELLO GABRIEL, GABRIELE VERONICA; YASUNO, RIE; MITANI, YASUO; OHMIYA, YOSHIHIRO; VIVIANI, VADIM RAVARA. Novel application of Macrolampis sp2 firefly luciferase for intracellular pH-biosensing in mammalian cells. PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, v. 18, n. 5, p. 1212-1217, MAY 1 2019. (10/05426-8, 14/04477-9, 16/15946-5, 11/23961-0, 15/22603-4)

GABRIEL, GABRIELE V. M.; VIVIANI, VADIM R.. Novel application of pH-sensitive firefly luciferases as dual reporter genes for simultaneous ratiometric analysis of intracellular pH and gene expression/location. PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, v. 13, n. 12, p. 1661-1670, 2014. (11/23961-0, 14/04477-9)

VIVIANI, VADIM R.; RODRIGUES NEVES, DEIMISON; TRABUCO AMARAL, DANILO; PRADO, ROGILENE A.; MATSUHASHI, TAKUTO; HIRANO, TAKASHI. Bioluminescence of Beetle Luciferases with 6 `-Amino-D-luciferin Analogues Reveals Excited Keto-oxyluciferin as the Emitter and Phenolate/Luciferin Binding Site Interactions Modulate Bioluminescence Colors. BIOCHEMISTRY, v. 53, n. 32, p. 5208-5220, AUG 19 2014. (11/23961-0, 12/04857-0)

Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa