Heteroramnanas sulfatadas nativas e modificadas quimicamente obtidas da macroalga verde Gayralia brasiliensis : estrutura química e atividades biológicas

Abstract

Resumo: Macroalgas verdes marinhas (Chlorophyta) sintetizam polissacarídeos sulfatados com uma grande variabilidade estrutural. Alguns destes polímeros apresentam atividades biológicas, como atividade antiangiogênica, antitumoral, antiviral e anticoagulante. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi caracterizar estruturalmente os polissacarídeos obtidos da clorófita Gayralia brasiliensis e avaliar sua bioatividade frente aos ensaios de vasculogênese, angiogênese, antitumoral, anticoagulante e antiviral. A alga seca e moída foi submetida sequencialmente à extração aquosa a 25 e 80 °C (4 vezes). Os extratos obtidos a 80 °C foram reunidos originando fração GB. A purificação de GB foi conduzida por ultrafiltração em membrana (cut-off 300 kDa) obtendo-se uma fração retida (GBH, 72% de rendimento) e outra eluída (GBE, 28,0% de rendimento). GBH (29,1% de grupos Osulfato), apresenta uma massa molar de 2.100 kDa (HPSEC-MALLS-RI) e é constituída majoritariamente por unidades de ?-L-ramnose (64,0%) e menores proporções de glucose (14,5%), xilose (14,7%) e galactose (6,7%). Adicionalmente GBH contém ácidos urônicos (9,1%). A identificação dos ácidos urônicos realizada após carboxi-redução de GBH e análise por GC-MS na forma de acetatos de alditóis demonstrou a presença de ácido glucurônico e galacturônico (3,2% e 3,7%, respectivamente). Análises químicas e espectroscópicas conduzidas com a heteroramnana sulfatada GBH demonstraram a presença de unidade de ramnose 3- ligadas, as quais estão parcialmente substituídas por grupos sulfato em C-4, C-2 e/ou em ambos carbonos C-2 e C-4. Unidades de ramnose 4-, 3- e/ou dissulfatadas (3,4 sulfato) também são constituintes de GBH. Adicionalmente, unidades de ramnose 2,3-substituidas representam pontos de ramificação do polímero. Ácidos urônicos estão presentes principalmente como unidades 2-, 4- e 2,4-ligadas. Análises por RMN mono- e bidimensionais de GBH confirmam a presença de unidades de ramnose 2,3-dissubstituídas, 3- e 2-ligadas. A integração dos prótons anoméricos das unidades de ramnose de GBH carboxi-reduzida e dessulfatada mostrou uma proporção molar de 0,26:1,0:0,51 para as unidades de 2,3-dissubstituídas, 3- e 2- ligadas, respectivamente. Utilizando a degradação controlada de Smith a partir de GBH foi possível obter uma heteroramnana modificada quimicamente (GBH-S) com elevados teores de grupos sulfato (38,2%) e ramnose (78,2%). As heteroramnanas sulfatadas GB, GBH e GBH-S apresentaram potente atividade antivasculogênica na membrana da vesícula vitelínica de embriões de galinha, sendo a heteroramnana modificada GBHS a que apresentou maior atividade. Na concentração de 320 ?g GBH-S ocasionou 100% de inibição da vascularização, enquanto que GB e GBH nesta mesma concentração inibiram 94,2 e 86,9%, respectivamente. Em relação à atividade antiangiogênica em membrana corioalantóica destes embriões, concentrações de 480 e 320 ?g das frações GB e GBH-S inibiram 100% da vascularização. As frações GBH e GBH-S (500 ?g.mL-1) diminuíram significativamente a viabilidade das células tumorais cerebrais (glioma humano, linhagem U87MG) no tempo de 48 horas em 54,9% e 69%, respectivamente. Adicionalmente, estes polissacarídeos apresentaram atividade anticoagulante in vitro através dos testes de TTPA, TT e TP e atividade anti-herpética frente aos vírus herpes simplex (HSV) tipos 1 e 2. Desta forma, as heteroramnanas sulfatadas sintetizadas por G. brasiliensis apresentam uso potencial na área biomédica como agentes antiangiogênico, antitumoral, anticoagulante e antiviral.

Abstract: Marine green macroalgae (Chlorophyta) synthesize sulfated polysaccharides with great structural variability. Some of these polysaccharides show biological activities, such as antiangiogenic, antitumor, antiviral and anticoagulant. Thus, the aim of this work was to characterize the structure of the polysaccharides from Gayralia brasiliensis (Chlorophyta) and evaluate its activity in the vasculogenesis, angiogenesis, antitumor, anticoagulant and antiviral assays. The dry, ground alga underwent sequential aqueous extractions at 25 °C and 80 °C (4 times). The extracts obtained at 80 °C were pooled, yielding the fraction GB. Purification of GB was carried out by ultrafiltration in 300 kDa molecular weight cut-off membrane, producing a retained (GBH, 72% yield) and an eluted (GBE, 28.0% yield) fraction. GBH (29.1% O-sulfate groups) has a molecular weight of 2,100 kDa (HPSEC-MALLS-RI) and is predominantly comprised of ?-L-rhamnose (64.0%) with lesser amounts of glucose (14.5%), xylose (14.7%) and galactose (6.7%). In addition, GBH contains uronic acids (9.1%). Identification of uronic acids following carboxy-reduction of GBH and GC-MS analysis in the form of alditol acetates showed the presence of glucuronic and galacturonic acids (3.2% and 3.7%, respectively). Chemical and spectroscopic analyses carried out in the sulfated heterorhamnan GBH revealed the presence of 3- linked rhamnose units, which are partially substituted by sulfate groups in C-4, C-2 and/or both C-2 and C-4 carbon atoms. Sulfate-substituted rhamnose units in the positions 4-, 3- and/or 3,4-disulfate are likewise found in GBH. Moreover, 2,3- substituted rhamnose units are the branching points of the polymer chain. Uronic acids are present mainly as 2-, 4- and 2,4-linked units. Mono- and bidimensional NMR analyses of GBH confirmed the presence of 2,3-disubstituted, 3- and 2-linked rhamnose units. Integration of the anomeric protons of rhamnose in carboxyreduced, desulfated GBH showed a molar ratio of 0.26:1.0:0.51 for 2,3-disubstituted, 3- and 2-linked units, respectively. Controlled Smith degradation of GBH yielded a chemically-modified heterorhamnan (GBH-S) with high amounts of sulfate (38.2%) and rhamnose (78.2%). Sulfated heterorhamnans GB, GBH and GBH-S showed marked antivasculogenic activity in the yolk sac membrane of chicken embryos, and the modified heterorhamnan (GBH-S) was the sample with highest activity. At the dose of 320 ?g, GBH-S caused complete inhibition of vascularization, whereas GB and GBH inhibited 94.2 and 86.9% at the same dose, respectively. In the antiangiogenic assay in the chorioallantoic membrane of these embryos, doses of 480 and 320 ?g of fractions GB and GBH-S inhibited 100% of vascularization. Fractions GBH and GBH-S (500 ?g.mL-1) decreased significantly the viability of brain tumor cells (human glioma, lineage U87MG) after 48 hours, in 54.9 and 69%, respectively. In addition, these polysaccharides showed in vitro anticoagulant activity in the TTPA, TT and TP assays, as well as antiviral activity against herpes simplex virus (HSV) types 1 and 2. Hence, sulfated heterorhamnans produced by G. brasiliensis have potential use in biomedical sciences as antiangiogenic, antitumor, anticoagulant and antiviral agents.