Docking molecular: uma ferramenta valiosa para determinar a toxicidade do metil mercúrio em seres humanos

Autores/as

Resumen

O mercúrio, principalmente em sua forma de metil mercúrio (MeHg), é um metal pesado de alta relevância ambiental e toxicológica, pois pode comprometer a fisiologia dos organismos e gerar diversas patologias nos animais. Mesmo com vários efeitos tóxicos conhecidos em animais, os estudos de toxicidade em humanos continuam sendo os mais restritos entre os mamíferos, possivelmente devido a barreiras éticas. Apesar das semelhanças anatômicas e fisiológicas entre modelos experimentais e humanos, divergências podem ocorrer, em nível molecular, sobre os padrões de interação entre agentes tóxicos e proteínas-alvo. Assim, simulações em ambiente computacional, por meio de docking molecular utilizando proteínas exclusivamente humanas, apresenta-se como uma vantagem experimental, trazendo: precisão de resultados, economia de tempo e recursos financeiros, além de contribuir para a redução do uso de animais em pesquisas. O objetivo deste estudo foi rastrear a toxicidade do mercúrio através de proteínas relacionadas aos sistemas fisiológicos humanos usando a metodologia de docking molecular com o AutoDock Vina. As energias de ligação, resíduos de aminoácidos e número de resíduos foram semelhantes em todas as proteínas analisadas, demonstrando a possível toxicidade sistêmica do Mercúrio, devido à possibilidade de comprometer a função de proteínas relacionadas aos sistemas nervoso, digestivo, excretor, respiratório e reprodutor.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Métricas

Cargando métricas ...

Biografía del autor/a

Estela Fernandes e Silva, Secretaria Municipal de Educação e Desporto de Pelotas

É Biotecnologista pela Universidade Federal de Pelotas (2012),Licenciada em Biologia pela Universidade de Franca (2019), mestre (2014) e doutora (2018) pelo Programa de pós-graduação em Ciências Fisiológicas (PPG-CF) da Universidade Federal de Rio Grande (FURG). Tem experiência nas áreas de investigação de compostos antitumorais em linhagens resistentes a múltiplas drogas, criobiologia, toxicologia reprodutiva e testes in vitro para predição de fertilidade. Realizou pós-doutorado no período de abril de 2018 a fevereiro de 2019 desenvolvendo atividades junto ao Programa de Cooperação Acadêmica no projeto Resistência a Múltiplas Drogas em células tumorais - Estudo colaborativo para investigar o fenótipo e a sensibilidade a agentes quimioterápicos com diferentes alvos celulares.

Eduarda Medran Rangel, Professora na Prefeitura Municipal de Rio Grande, RS, Brasil

Doutora em Ciência e Engenharia de Materiais – Universidade Federal de Pelotas (UFPel). Professora na Prefeitura Municipal de Rio Grande, RS, Brasil.

Daiana Kaster Garcez, SMED Rio Grande

Doutora em Biologia de Ambientes Aquáticos Continentais, pela Universidade Federal do Rio Grande (2021). Mestre pelo mesmo programa (2016). Pós-graduada em Ensino de Biologia e Ciências (2022). Possui graduação em Ciências Biológicas, ênfase em Zoologia, pela Universidade Federal de Pelotas (2014) e em Formação Pedagógica pelo Instituto Federal Sul-rio-grandense Câmpus Pelotas (2021). Tem experiência na área de Genética, com ênfase em Genética Animal e Evolutiva, desenvolvendo pesquisas relacionadas ao entendimento de padrões micro e macroevolutivos em peixes anuais da família Rivulidae e de sua conservação. Atualmente é professora de Ciências na Prefeitura Municipal de Rio Grande.

Karine Laste Macagnan, SMED Rio Grande

Professora Nível II - Ciências na Prefeitura Municipal de Rio Grande. Possui Graduação em Biotecnologia pela Universidade Federal de Pelotas (2012) e Formação Pedagógica para Graduados não Licenciados em Biologia pela Universidade de Franca (2019). Mestre e Doutora em Ciências pelo Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia da Universidade Federal de Pelotas (2014-2018). Foi bolsista de Desenvolvimento Tecnológico Industrial do CNPq - Nível B (2019 a 2021), atualmente é bolsista de Fixação e Capacitação de Recursos Humanos (SET) do CNPq - Nível D vinculada à empresa Biopolix Materiais Tecnológicos e realiza pós-doutorado atuando como pesquisadora no Grupo de Pesquisa "Biopolímeros Extracelulares e Intracelulares - produção, caracterização e aplicação". Desenvolve atividades de pesquisa no Laboratório de Biopolímeros CDTec/UFPel, com atuação na linha de pesquisa de produção, recuperação, caracterização e aplicação de biopolímeros (extracelulares e intracelulares) obtidos através de processos fermentativos.

Adrize Medran Rangel, UFPel

Formada no curso Técnico em Química do Instituto Federal Sul Rio-Grandense, licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade de Franca, pós-graduada em Psicologia da Educação pela Faculdade do Paraná de Educação Superior e Pós-Graduanda em Ciências Ambientais pela Universidade Federal de Pelotas. Tenho experiência com encapsulação, rotulagem, embalagem e peso médio de fármacos; Análises físico-químicas dos fertilizantes organominerais, minerais e matérias-primas; Análises físicas: preparo e quarteamento de amostras, granulometria, dureza e umidade; Análises químicas: Nitrogênio total, Fósforo solúvel em CNA + água, Potássio solúvel em água, Cloro solúvel em água, Carbono orgânico; Análise e controle de água de caldeira. Experiência como líder de equipe e processo de produção de fertilizante fluido, verificando o funcionamento dos equipamentos, distribuindo tarefas a ser executadas; organizando as produções diárias, acompanhando e analisando o processo produtivo (produção do produto, qualidade, embalagens, rótulos); ordem de fabricação, acompanhamento e produção de selos da produção de adubo organo-mineral.

Louise Vargas Ribeiro, Secretaria Estadual de Saúde do Rio Grande do Sul

Especialista em Saúde- Secretaria Estadual de Saúde/ Bióloga - Vigilância Ambiental. Doutora em Agronomia pelo Programa de Pós Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar da UFPel. Mestre em Agronomia pelo Programa de Pós Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar da UFPel, Especialista em Química Ambiental pelo IFSul, com graduação em Ciências Biológicas Bacharelado pela UFPel, e Licenciatura em Ciências Biológicas pelo curso de Formação Pedagógica para Graduados não Licenciados, IFSul -Tem experiência na área de Ecologia, com ênfase em Ecotoxicologia. Foi estagiária da Embrapa Clima Temperado, bolsista do CNPq com o Projeto Inovações em minhocultura: Tecnologia social para a sustentabilidade da agricultura familiar. Já participou como colaboradora do Núcleo de Estudos em Meio Ambiente da UFPel, onde atuou na área de tratamento de resíduos da produção animal (compostagem e vermicompostagem).

Paula Fernandes e Silva, Univesidade Federal de Pelotas

Cirurgiã-dentista Mestre em Clínica Odontológica, com ênfase em Dentística e Cariologia. Realiza especialização em Prótese Dentária e Dentística Restauradora. Além disso, é especialista em Saúde Coletiva e Habilitada em Laserterapia e Biofotônica.

Tainã Figueiredo Cardoso, Universidade Autônoma de Barcelona

Bacharel em Biotecnologia pela Universidade Federal de Pelotas (2012), Mestrado em Ciências Fisiológicas - Fisiologia Animal Comparada pela Universidade Federal do Rio Grande (2014) e Doutorado em Producción Animal pela Universitat Autònoma de Barcelona (2018). Possui experiência na área de biotecnologia animal, com ênfase em genética/genômica e reprodução. Atualmente desenvolve estudos principalmente com análises de dados massivos de genótipos e expressão gênica para associação e seleção genômica de características produtivas e estudos populacionais em diferentes especies de produção.

Timóteo Matthies Rico, Instituto Federal Sul-Riograndense

Possui graduação em Análise e Desenvolvimento de Sistemas pela Universidade Católica de Pelotas (2010), mestrado em Computação pela Universidade Federal de Pelotas (2013) e doutorado em Ciências da Saúde pela Universidade Federal do Rio Grande (2018). Atualmente é professor EBTT do Instituto Federal Sul-rio-grandense - campus Avançado Jaguarão. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Processamento Paralelo e Distribuído, banco de dados, desenvolvimento de sistemas. Além disso, possui experiência no desenvolvimento de tecnologias da informação voltadas à saúde.

Citas

Berman, H. M, Westbrook, J, Feng, Z, Gilliland, G, Bhat, T.N, Weissig, H, Shindyalov, I.N, Bourne, P.E (2000) The protein data bank. Nucleic Acids Research28:235-242. https://doi.org/10.1093/nar/28.1.235

Bolton, E, Wang, Y, Thiessen, P.A, Bryant, S.H. (2008) PubChem: integrated platform of small molecules and biological activities. In: Wheeler RA, Spellmeyer DC (eds) Annual reports in computational chemistry. Oxford, UK, Elsevier, pp 217-241. https://doi.org/10.1016/S1574-1400(08)00012-1

Brandão, F, Cappello, T, Raimundo, J, Santos, M.A, Maisano, M, Mauceri, A, Pacheco, M, Pereira, P (2015) Unravelling the mechanisms of mercury hepatotoxicity in wild fish (Liza aurata) through a triad approach: bioaccumulation, metabolomic profiles and oxidative stress. Metallomics 7(9):1352-1363. https://doi.org/10.1039/c5mt00090d

Bridges, C. C, Zalups, R.K (2010). Transport of inorganic mercury and methylmercury in target tissues and organs. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B3(5):385-410. https://doi.org/10.1080/10937401003673750

Chan, H. M (2019) Advances in methylmercury toxicology and risk assessment. Toxics 7(2):20. https://doi.org/10.3390/toxics7020020

Chen X, Ji H, Yang W, Zhu B, Ding H (2016) Speciation and distribution of mercury in soils around gold mines located upstream of Miyun Reservoir, Beijing, China. Journal of Geochemical Exploration 163:1-9. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2016.01.015

Chen, B, Zhu, Y, Ye, S, Zhang, R (2018) Structure of the DNA-binding domain of human myelin-gene regulatory factor reveals its potential protein-DNA recognition mode. Journal of Structural Biology203(2):170-178. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2018.04.007

Chen, Y. Z, Ung, C. Y (2001) Prediction of potential toxicity and side effect protein targets of a small molecule by a ligand–protein inverse docking approach. Journal of Molecular Graphics and Modelling20(3):199–218. https://doi.org/10.1016/s1093-3263(01)00109-7

Clarkson TW (1993) Molecular and Ionic mimicry of toxic metals. Annual Review of Pharmacology and Toxicology 32:545-571. https://doi.org/10.1146/annurev.pa.33.040193.002553

Datta U, Schoenrock SE, Bubier JA, Bogue MA, Jentsch JD, Logan RW, Tarantino LM, Chesler EJ (2020) Prospects for finding the mechanisms of sex differences in addiction with human and model organism genetic analysis. Genes, Brain and Behavior19(3):e12645. https://doi.org/10.1111/gbb.12645.

EPA Environmental Protection Agency (2010) Mercury. http://www.epa.gov/mercury/about.htm&gt. Accessed 17 March 2021.

Farias LA, Fávaro DIT, Vasconcellos MBA. Determinação de mercúrio e metilmercúrio em amostras de cabelo e peixes. Revista Instituto Adolfo Lutz, São Paulo, 68(3):451-60,2009.

Freedman Bill (2021) Biomagnification. The Gale Encyclopedia of Science, edited by Katherine H. Nemeh and Jacqueline L. Longe, 6th ed., vol. 1, Gale, 2021, pp. 594-597.

Genchi G, Sinicropi M, Carocci A, Lauria G, Catalano A (2017) Mercury exposure and heart diseases. International Journal of Environmental Research and Public Health 14(1):74. http://dx.doi.org/10.3390/ijerph14010074.

Govindasamy M, Sriram B, Wang S-F, Chang Y-J, Rajabathar JR (2020) Highly sensitive determination of cancer toxic mercury ions in biological and human sustenance samples based on green and robust synthesized stannic oxide nanoparticles decorated reduced graphene oxide sheets. Analytica Chimica Acta 1137:181-190. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.09.014

Guo X, Yoshitomi H, Gao M, Qin L, Duan Y, Sun W, Xu T, Xie P, Zhou J, Huang L (2013) Guava leaf extracts promote glucose metabolism in SHRSP.Z-Leprfa/Izm rats by improving insulin resistance in skeletal muscle. Bmc Complementary and Alternative Medicine 13(1):1-10. https://doi.org/10.1186/1472-6882-13-52

Hanwell MD, Curtis DE, Lonie DC, Vandermeersch T, Zurek E, Hutchison GR (2012) Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform. Journal of Cheminformatics 4:17. https://doi.org/10.1186/1758-2946-4-17

Haq QMR, Jan AT, Ali A (2011) Glutathione as an antioxidant in inorganic mercury induced nephrotoxicityJournal of Postgraduate Medicine 57(1):72-82. https://doi.org/10.4103/0022-3859.74298

Hetényi C, Spoel DVD (2002) Efficient docking of peptides to proteins without prior knowledge of the binding site. Protein Science 11(7):1729-1737. https://doi.org/10.1110/ps.0202302

Howard MJ, Fuller C, Broadhurst RW, Perham RN, Tang JG, Quinn J, Diamond AG, Yeaman SJ (1998) Three-dimensional structure of the major autoantigen in primary biliary cirrhosis. Gastroenterology 115(1):139-46. https://doi.org/10.1016/s0016-5085(98)70375-0.

IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (2021) Mercúrio Metálico. http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/mercurio-metalico-v2&gt. Accessed 20 March 2021.

Ibrahim ATA, Banaee M, Sureda A (2019) Selenium protection against mercury toxicity on the male reproductive system of Clarias gariepinus. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology 225:108583-108593. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2019.108583

Jahan S, Azad T, Ayub A, Ullah A, Afsar T, Almajwal A, Razak S (2019) Ameliorating potency of Chenopodium album Linn. and vitamin C against mercuric chloride-induced oxidative stress in testes of Sprague Dawley rats. Environmental Health and Preventive Medicine 24(1):1-10. https://doi.org/10.1186/s12199-019-0820-x

Jeong J, Kim H, Choi J (2019) In Silico Molecular Docking and In Vivo Validation with Caenorhabditis elegans to Discover Molecular Initiating Events in Adverse Outcome Pathway Framework: Case Study on Endocrine-Disrupting Chemicals with Estrogen and Androgen Receptors. International Journal of Molecular Sciences10;20(5):1209. doi: 10.3390/ijms20051209. PMID: 30857347; PMCID: PMC6429066.

Jeromiyas N, Elaiyappillai E, Kumar AS, Huang S-T, Mani V (2019) Bismuth nanoparticles decorated graphenated carbon nanotubes modified screen-printed electrode for mercury detection. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 95:466-474. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2018.08.030

Johnson NC, Manchester S, Sarin L, Gao Y, Kulaots I, Hurt RH (2008) Mercury vapor release from broken compact fluorescent lamps and in situ capture by new nanomaterial sorbents. Environmental Science & Technology 42(15):5772-5778. https://doi.org/10.1021/es8004392

Karplus PA, Schulz GE (1987) Refined structure of glutathione reductase at 1.54 A resolution. Journal Molecular Biology 195(3):701-729. https://doi.org/10.1016/0022-2836(87)90191-4

Kavanagh KL, Oppermann U. Crystal structure of human glutathione peroxidase 7. https://doi.org/10.2210/pdb2P31/pdb. https://www.rcsb.org/structure/2P31. Accessed 19 april 2021.

Kim B, Kim S, Jin MS (2018) Crystal structure of the human glial fibrillary acidic protein 1B domain. Biochemical and Biophysical Research Communications503(4):2899-2905. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.08.066.

Kogularasu S, Akilarasan M, Chen S-M, Elaiyappillai E, Johnson PM, Chen T-W, Al-Hemaid FMA, Ali MA, Elshikh MS (2018) A comparative study on conventionally prepared MnFe2O4 nanospheres and template-synthesized novel MnFe2O4 nano-agglomerates as the electrodes for biosensing of mercury contaminations and supercapacitor applications. Electrochimica Acta 290:533-543. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.09.028

Kursula P, Thorsell AG, Arrowsmith C, Berglund H, Edwards A, Ehn M, Flodin S, Graslund S, Hammarstrom M, Holmberg Schiavone L, Kotenyova T, Nilsson-Ehle P, Nordlund P, Nyman T, Ogg D, Persson C, Sagemark J, Stenmark P, Sundstrom M, van den Berg S, Weigelt J, Hallberg BM (2021) Crystal structure of human FABP1. https://doi.org/10.2210/pdb2F73/pdb. https://www.rcsb.org/structure/2F73. Accessed 19 april 2021.

Laskowski RA, Swindells MB (2011) LigPlot+: multiple ligand-protein interaction diagrams for drug discovery. Journal of Chemical Information and Modeling 51:2778-2786. https://doi.org/10.1021/ci200227u

Lavoie SP, Summers AO (2018) Transcriptional responses of Escherichia coli during recovery from inorganic or organic mercury exposure. Bmc Genomics 19(1):1-10. https://doi.org/10.1186/s12864-017-4413-z

Li S, Shi M, Wan Y, Wang Y, Zhu M, Wang B, Zhan Y, Ran B, Wu C (2020) Inflammasome/NF-κB translocation inhibition via PPARγ agonist mitigates inorganic mercury induced nephrotoxicity. Ecotoxicology and Environmental Safety201:110801-110811. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110801

Liu Z, Liu Y, Zeng G, Shao B, Chen M, Li Z, Jiang Y, Liu Y, Zhang Y, Zhong H (2018) Application of molecular docking for the degradation of organic pollutants in the environmental remediation: A review. Chemosphere. Jul;203:139-150. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.03.179.

Lohren H, Blagojevic L, Fitkau R, Ebert F, Schildknecht S, Leist M, Schwerdtle T (2015) Toxicity of organic and inorganic mercury species in differentiated human neurons and human astrocytes. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 32:200-208. http://dx.doi.org/10.1016/j.jtemb.2015.06.008

Martins AC, Ke T, Bowman AB, Aschner M (2021) New insights on mechanisms underlying methylmercury-induced and manganese-induced neurotoxicity. Current Opinion in Toxicology 25:30-35. https://doi.org/10.1016/j.cotox.2021.03.002

Morris GM, Huey R, Lindstrom W, Sanner MF, Belew RK, Goodsell DS, Olson AJ (2009) Autodock4 and AutoDockTools4: automated docking with selective receptor flexiblity. Journal of Computational Chemistry16:2785-2791. https://doi.org/10.1002/jcc.21256

O'Boyle NM, Banck M, James CA, Morley C, Vandermeersch T, Hutchison GR (2011) Open Babel: An open chemical toolbox. Journal Cheminformatics 3:33. https://doi.org/10.1186/1758-2946-3-33

Pant D, Singh P (2014) Pollution due to hazardous glass waste. Environmental Science and Pollution Research 21(4):2414-2436. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2337-y

Ribeiro CAO, Rouleau C, Pelletier E, Audet C, Tjalve H (1999) Distribution kinetics of dietary methylmercury in the artic charr (Salvelinus alpinus). Environmental Science & Technology 33:902–907. https://doi.org/10.1021/es980242n

Strange RW, Hough MA, Antonyuk SV, Hasnain SS (2012) Structural evidence for a copper-bound carbonate intermediate in the peroxidase and dismutase activities of superoxide dismutase. PLoS One 7(9):e44811. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044811.

Sun Y, Li Y, Rao J, Liu Z, Chen Q (2018) Effects of inorganic mercury exposure on histological structure, antioxidant status and immune response of immune organs in yellow catfish (Pelteobagrus fulvidraco). Journal Applied Toxicology 38(6):843-854. https://doi.org/10.1002/jat.3592

Suvarapu, Lakshmi Narayana, Seo, Young-Kyo and Baek, Sung-Ok (2013) Speciation and determination of mercury by various analytical techniques. Journal Analytical Chemistry, 32(3): 225-245. https://doi.org/10.1515/revac-2013-0003

Tan Q, Liu Z, Li H, Liu Y, Xia Z, Xiao Y, Usman M, Du Y, Bi H, Wei L (2018) Hormesis of mercuric chloride-human serum albumin adduct on N9 microglial cells via the ERK/MAPKs and JAK/STAT3 signaling pathways. Toxicology 408:62-69. https://doi.org/10.1016/j.tox.2018.07.001

Trisciuzzi, D, Alberga D, Leonetti F, Novellino E, Nicolotti, O, Mangiatordi GF (2018) Molecular Docking for Predictive Toxicology. Computational Toxicology1800:181–197. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7899-1_8

Trott, O, Olson AJ (2010) AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization and multithreading. Journal of Computational Chemistry 31(2):455-461. https://doi.org/10.1002/jcc.21334

Veiga MM, Hinton J, Lilly C. (1999). Mercury in Amazon: A Comprehensive Review with Special Emphasis on Bioaccumulation and Bioindicators. Proceeding of National Institute for Minamata Disease Japan. 19–39.

Zahir, F, Rizwi, S.J, Haq, S.K, Khan, R.H (2005) Low dose mercury toxicity and human health. Environmental Toxicology and Pharmacology 20(2):351-360. http://dx.doi.org/10.1016/j.etap.2005.03.007

Descargas

Publicado

29/06/2023

Cómo citar

Estela Fernandes e Silva, Medran Rangel, E., Daiana Kaster Garcez, Karine Laste Macagnan, Adrize Medran Rangel, Louise Vargas Ribeiro, Paula Fernandes e Silva, Tainã Figueiredo Cardoso, & Timóteo Matthies Rico. (2023). Docking molecular: uma ferramenta valiosa para determinar a toxicidade do metil mercúrio em seres humanos. Journal of Education Science and Health, 3(2), 01–11. Recuperado a partir de https://bio10publicacao.com.br/jesh/article/view/192

Número

Vol. 3 Núm. 2 (2023): JESH

Sección

CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

Licencia

Derechos de autor 2023 Journal of Education Science and Health

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.

Artículos más leídos del mismo autor/a