Plant cyclotides: A unique family of cyclic and knotted proteins that defines the cyclic cystine knot structural motif

Several macrocyclic peptides (similar to 30 amino acids), with diverse biological activities, have been isolated from the Rubiaceae and Violaceae plant families over recent years. We have significantly expanded the range of known macrocyclic peptides with the discovery of 16 novel peptides from extracts of Viola hederaceae, Viola odorata and Oldenlandia affinis. The Viola plants had not previously been examined for these peptides and thus represent novel species in which these unusual macrocyclic peptides are produced. Further, we have determined the three-dimensional struc ture of one of these novel peptides, cycloviolacin O1, using H-1 NMR spectroscopy. The structure consists of a distorted triple-stranded beta-sheet and a cystine-knot arrangement of the disulfide bonds. This structure is similar to kalata B1 and circulin A, the only two macrocyclic peptides for which a structure was available, suggesting that despite the sequence variation throughout the peptides they form a family in which the overall fold is conserved. We refer to these peptides as the cyclotide family and their embedded topology as the cyclic cystine knot (CCK) motif. The unique cyclic and knotted nature of these molecules makes them a fascinating example of topologically complex proteins. Examination of the sequences reveals they can be separated into two subfamilies, one of which tends to contain a larger number of positively charged residues and has a bracelet-like circularization of the backbone. The second subfamily contains a backbone twist due to a cis-Pro peptide bond and may conceptually be regarded as a molecular Moebius strip. Here we define the structural features of the two apparent subfamilies of the CCK peptides which may be significant for the likely defense related role of these peptides within plants. (C) 1999 Academic Press.

Circular proteins in plants - Solution structure of a novel macrocyclic trypsin inhibitor from Momordica cochinchinensis

Much interest has been generated by recent reports on the discovery of circular (i.e. head-to-tail cyclized) proteins in plants. Here we report the three-dimensional structure of one of the newest such circular proteins, MCoTI-II, a novel trypsin inhibitor from Momordica cochinchinensis, a member of the Cucurbitaceae plant family. The structure consists of a small beta -sheet, several turns, and a cystine knot arrangement of the three disulfide bonds. Interestingly, the molecular topology is similar to that of the plant cyclotides (Craik, D. J., Daly, N. L., Bond, T., and Waine, C. (1999) J. Mol. Biol, 294, 1327-1336), which derive from the Rubiaceae and Violaceae plant families, have antimicrobial activities, and exemplify the cyclic cystine knot structural motif as part of their circular backbone. The sequence, biological activity, and plant family of MCoTI-II are all different from known cyclotides. However, given the structural similarity, cyclic backbone, and plant origin of MCoTI-II, we propose that MCoTI-II can be classified as a new member of the cyclotide class of proteins. The expansion of the cyclotides to include trypsin inhibitory activity and a new plant family highlights the importance and functional variability of circular proteins and the fact that they are more common than has previously been believed, Insights into the possible roles of backbone cyclization have been gained by a comparison of the structure of MCoTI-II with the homologous acyclic trypsin inhibitors CMTI-I and EETI-II from the Cucurbitaceae plant family.

An Unprecedented Neolignan Skeleton from Chimarrhis turbinata

A lignan with a new skeleton named chimarrhinin (1) was isolated from an extract of the leaves of Chimarrhis turbinata, a Rubiaceae plant species. (13)C NMR spectrometric techniques including 1D and 2D experiments and HRESIMS provided unequivocal structural confirmation of this new C(6).C(3) skeleton type. The relative configuration of 1 was established by 2D (1)H-H analysis and J couplings, while its conformation was evaluated through molecular modeling using the RM1 semiempirical method, with the aid of coupling constants obtained by NMR analysis. The antioxidant activity of the new derivative 1 and two known and previously isolated phenolic derivatives (2 and 3) was investigated. An IC(50) value of 7.50 +/- 0.5 mu mol L(-1) was obtained for the new derivative 1, while 2 and 3 showed IC(50) values of 18.60 +/- 0.4 and 18.50 +/- 0.6 mu mol, respectively.

Biosynthesis and insecticidal properties of plant cyclotides: The cyclic knotted proteins from Oldenlandia affinis

Several members of the Rubiaceae and Violaceae families produce a series of cycloticles or macrocyclic peptides of 29-31 amino acids with an embedded cystine knot. We aim to understand the mechanism of synthesis of cyclic peptides in plants and have isolated a cDNA clone that encodes the cyclotide kalata Ell as well as three other clones for related cycloticles from the African plant Olden-landia affinis. The cDNA clones encode prepropeptides with a 20-aa signal sequence, an N-terminal prosequence of 46-68 amino acids and one, two, or three cyclotide domains separated by regions of about 25 aa. The corresponding cycloticles have been isolated from plant material, indicating that the cyclotide domains are excised and cyclized from all four predicted precursor proteins. The exact processing site is likely to lie on the N-terminal side of the strongly conserved GlyLeuPro or SerLeuPro sequence that flanks both sides of the cyclotide domain. Cyclotides have previously been assigned an antimicrobial function; here we describe a potent inhibitory effect on the growth and development of larvae from the Lepidopteran species Helicoverpa punctigera.

Discovery and structures of the cyclotides: novel macrocyclic peptides from plants

Circular disulfide-rich polypeptides were unknown a decade ago but over recent years a large family of such molecules has been discovered, which we now refer to as the cyclotides. They are typically about 30 amino acids in size, contain an N- to C-cyclised backbone and incorporate three disulfide bonds arranged in a cystine knot motif. In this motif, an embedded ring in the structure formed by two disulfide bonds and their connecting backbone segments is penetrated by the third disulfide bond. The combination of this knotted and strongly braced structure with a circular backbone renders the cyclotides impervious to enzymatic breakdown and makes them exceptionally stable. This article describes the discovery of the cyclotides in plants from the Rubiaceae and Violaceae families, their chemical synthesis, folding, structural characterisation, and biosynthetic origin. The cyclotides have a diverse range of biological applications, ranging from uterotonic action, to anti-HIV and neurotensin antagonism. Certain plants from which they are derived have a history of uses in native medicine, with activity being observed after oral ingestion of a tea made from the plants. This suggests the possibility that the cyclotides may be orally bioavailable. They therefore have a range of potential applications as a stable peptide framework.

ACUTE KIDNEY INJURY CAUSED BY Crotalus AND Bothrops SNAKE VENOM: A REVIEW OF EPIDEMIOLOGY, CLINICAL MANIFESTATIONS AND TREATMENT

SUMMARY Ophidic accidents are an important public health problem due to their incidence, morbidity and mortality. An increasing number of cases have been registered in Brazil in the last few years. Several studies point to the importance of knowing the clinical complications and adequate approach in these accidents. However, knowledge about the risk factors is not enough and there are an increasing number of deaths due to these accidents in Brazil. In this context, acute kidney injury (AKI) appears as one of the main causes of death and consequences for these victims, which are mainly young males working in rural areas. Snakes of the Bothrops and Crotalus genera are the main responsible for renal involvement in ophidic accidents in South America. The present study is a literature review of AKI caused by Bothrops and Crotalus snake venom regarding diverse characteristics, emphasizing the most appropriate therapeutic approach for these cases. Recent studies have been carried out searching for complementary therapies for the treatment of ophidic accidents, including the use of lipoic acid, simvastatin and allopurinol. Some plants, such as Apocynaceae, Lamiaceae and Rubiaceae seem to have a beneficial role in the treatment of this type of envenomation. Future studies will certainly find new therapeutic measures for ophidic accidents.

Composição florística da vegetação da regeneração natural. 1 ano após diferentes níveis de exploração de uma floresta tropical úmida

RESUMOO presente trabalho teve como finalidade determinar a composição florística e os índices de agregação das espécies da regeneração natural de uma floresta tropical úmida da região de Manaus, sob quatro níveis de exploração. Pelos resultados observou-se a influência dos tratamentos no número total de indivíduos e no número de indivíduos por classe de tamanho. A floresta estudada compreendeu 291 espécies, 169 gêneros e 56 famílias botânicas. A testemunha aprensetou o menor número de espécies. Os valores do grau de homogeinidade e Quociente de mistura de Jentsch também evidenciaram uma alta heterogeneidade, sendo a testemunha mais heterogênea. As famílias predominantes foram: Burserapeae, Annonaceae, Violaceae, Melastomataceae e Rubiaceae. As famílias mais ricas em espécies foram: Caesalpiniaceae, Sapotaceae, Lauraceae e Mimosaceae. O ìndice de Fracher & Brischle apresentou maior número de espeécies agrupadas nos 4 tratametnos, já o índice de Payandeh apresentou maior número de espécies não agrupadas.

ASPECTOS ECOLÓGICOS DA VEGETAÇÃO RUPESTRE DA SERRA DOS CARAJÁS, ESTADO DO PARÁ, BRASIL

São fornecidos aspectos ecológicos gerais da vegetação "rupestre" da Serra dos Carajás, envolvendo informações sobre composição floristica, associação solo/planta, fauna/planta e distribuição geográfica das espécies. Nesta vegetação foi registrado um total de 232 espécies, a maioria ervas, distribuídas em 145 gêneros e 58 famílias botânicas. As duas famílias mais bem representadas foram Gramineae e Leguminosae, seguidas de Cyperaceae, Myrtaceae, Rubiaceae, Malpighiaceae, Euphorbiaceae e Compositae. Algumas famílias apresentam espécies arbóreas esporadicamente representadas em "capões de árvores" ou isoladas como Anacardiaceae, Rutaceae, Sapotaceae e Vochysiaceae. Há famílias de ocorrência restrita em locais onde há acumulo de água, como Begoniaceae, Burmaniaceae, Eriocaulaceae, Gentíanaceae, etc. E finalmente aquelas famílias de ocorrência apenas ocasional, como Acanthaceae, Annonaceae. Chrysobalanaceae, Palmae, Sterculiaceae, etc. Parece que os polinizadores mais comumente encontrados na vegetação rupestre são as abelhas. Há também outros animais ali associados à biologia das plantas como meliponídeos, tabanídeos, répteis e pássaros. Além de apresentar uma insignificante camada lodosa, associada a musgos e líquens o solo onde se assenta a vegetação "rupestre" apresenta uma grande quantidade de ninhos de cupins, na transição entre as estações seca e chuvosa. A necessidade de preservação da área estudada justifica-se pela presença de inúmeras espécies endêmicas (ex. Ipomoea cavalcanteiAustin), espécies novas para a ciência (ex. Erytroxylum nelson-rosaePlowman), espécies medicinais (ex. Pilocarpus micmphylusStapf. ex. Wardleworth) e espécies ornamentais (ex. Vellozia glochideaPohl), todas associadas a uma fauna e a um tipo de solo que ainda carecem de pesquisas mais aprofundadas para melhor conhecê-los.

ABELHAS SOCIAIS (HYMENOPTERA : APIDAE) E SEUS RECURSOS FLORAIS EM UMA REGIÃO DE MATA SECUNDÁRIA, ALCÂNTARA, MA, BRASIL

De julho/1992 a junho/1993 foram feitas coletas em intervalos de ,28 a 30 dias em uma .área de vegetação secundária com 1.650m2, próxima ao rio Pepital, em Alcântara - MA, com o objetivo de conhecer a fauna apícola e suas relações com a flora local. Foram coletados sobre flores 1.076 indivíduos (1.073 fêmeas e 03 machos), pertencentes a 20 espécies e 11 gêneros da família Apidae. Trigona fulviventrís(42,2%), Apis mellifera(24,5%), Trigona pollens(12,5%), Trigona fuscipennis(10,0%), Tetragona clavipes(2,9%) e Melipona puncticollis(2,3%) foram as espécies mais abundantes. O menor número de indivíduos foi coletado em abril (mês chuvoso), e o mês com maior númerode indivíduos capturados foi julho. A maior frequência de Apidae foi observada entre 6:00 e 8:00 horas. As espécies de plantas que receberam o maior número de visitas foram: Borreria verticillata(Rubiaceae), Clusiasp. (Guttiferae), Hyptis atrorubens(Labiatae), Heliotropiumsp. (Boraginaceae) e Crotalaria refusa(Leguminosae). As espécies de Trigonavisitaram quase todas as plantas do local, preferencialmente aquelas das famílias Guttiferae, Rubiaceae e Boraginaceae.

Vegetação da área de proteção ambiental Jabotitiua-Jatium. Município de Viseu, Pará, Brasil

A Área de Proteção Ambiental Jabotitiua-Jatium, localiza-se no município de Viseu, Nordeste do Pará, ocupando uma área de 14.25 ha, sendo criada através da lei municipal n.º 002/98, de 07 de abril de 1998, visando a proteção de um trecho representativo e preservado do litoral paraense, abrigando um espetacular ninhal de guarás (Eudocimus ruber L.), ave costeira que encontra-se na lista oficial da fauna em extinção no Brasil. Objetivando auxiliar o plano de manejo ambiental desta APA, o estudo em questão identificou quatro tipos de ambientes, classificados em Mangue, Campo Natural, Floresta Mista com Palmeiras e Restinga. Utilizando-se a metodologia da Avaliação Ecológica Rápida (AER), foi identificado um total de 141 espécies, representantes de 61 famílias. O maior número de espécies corresponde à Floresta Mista com Palmeiras, apresentando 66 representantes, e a menor representatividade diz respeito ao mangue, com apenas quatro espécies. Fabaceae (15), Cyperaceae (10) e Rubiaceae (10), destacaram-se em número de espécies, correspondendo, juntas, a 24,82% do total das espécies registradas. As ervas representam a maioria (48) quanto a forma de vida, seguida dos arbustos (38), árvores (34), Lianas (13), estipe (5) e epífitos (3).

Atividade antimicrobiana de fungos endofíticos isolados de plantas tóxicas da amazônia: Palicourea longiflora (aubl.) rich e Strychnos cogens bentham

Das plantas tóxicas da Amazônia Palicourea longiflora e Strychnos cogens foram isolados 571 fungos endofíticos e 74 bactérias endofíticas. Palicourea longiflora (Rubiaceae) e outras espécies desse gênero estão relacionadas a 90% das mortes de gado na região Amazônica. Strychnos cogens (Loganiaceae) e outras espécies de Strychnos são utilizadas pelos indígenas na confecção de "curares". Entre os endófitos isolados de P. longiflora foram identificados os fungos: Colletotrichum sp. e seu telemorfo Glomerella sp., Guignardia sp., Aspergillus niger, Phomopsis sp. e Xylaria sp., além da bactéria Burkholderia gladioli, pertencente a um grupo de fixadoras de nitrogênio. Dos isolados de S. cogens foram identificados os fungos: Colletotrichum sp., Guignardia sp., Aspergillus niger e Trichoderma sp. Uma amostra de 79 isolados fúngicos teve seus metabólitos extracelulares bioensaiados contra microrganismos patogênicos e fitopatogênicos: 19 isolados inibiram um ou mais microrganismos-teste. Dos oito isolados com melhores resultados de inibição, as móleculas bioativas eram menores que 12.000 daltons, fato verificado pela diálise dos metabólitos.

Aspectos florísticos, fitossociológicos e ecológicos de um sub-bosque de terra firme na Amazônia Central, Amazonas, Brasil

Os ecossistemas amazônicos caracterizam-se pela alta diversidade de espécies. Foram realizadas as análises florísticas e fitossociológicas de 0,05 ha de um sub-bosque na Amazônia Central (60º12'40" W e 2º35'45" S), adotando-se o critério de distribuição em classes de altura: C1 (altura < 0,5 m), C2 (0,5 < altura < 1,5 m), C3 (1,5 < altura < 3,0 m) e C4 (altura > 3 m e CAP < 0,3 m). Foram levantados 2.434 indivíduos, pertencentes a 67 famílias, 163 gêneros e 355 espécies. Fabaceae (27), Mimosaceae (22), Lauraceae (21), Caesalpiniaceae e Rubiaceae (18) constituem as cinco famílias mais ricas em espécies. Quanto ao número de indivíduos, as famílias Marantaceae (209), Chrysobalanaceae (198), Mimosaceae (191), Burseraceae (175), Annonaceae (172) e Arecaceae (137) foram as mais representativas. No que tange às categorias de altura, os dados mostraram maior número de indivíduos, diversidade e grau de similaridade florística entre as classes 1 e 2. Licania caudata Prance, Duguetia flagellaris Huber, Monotagma tuberosum Hagberg, Protium apiculatum Swart e Pariana cf. campestris Aubl. foram as espécies de maior participação nos parâmetros verticais da regeneração natural e posição sociológica. O padrão agregado de distribuição espacial foi o predominante para as 30 espécies de maior participação na estrutura vertical da fitocenose.

Caracterización florística de ambientes de la cuenca baja del Río Cucurital, afluente del Río Caroní, Estado Bolívar, Guayana Venezolana

Como una contribución al conocimiento florístico de la cuenca del Río Caroní se realizaron colecciones botánicas en varios ambientes de la cuenca baja del Río Cucurital, que incluyen formaciones boscosas, tanto en penillanura como ribereñas, morichales, sabanas, arbustales y ambientes perturbados; en los bosques se hicieron colecciones en parcelas de 0,1 ha y fuera de ellas. De manera general, las familias con mayor cantidad de especies fueron Melastomataceae (46), Rubiaceae (33), Euphorbiaceae (23), Cyperaceae (19), Myrtaceae (18), Fabaceae (18), Clusiaceae (15), Arecaceae (15), Caesalpiniaceae (14), Chrysobalanaceae (14), Lauraceae (14), Poaceae (13) y Burseraceae (12), siendo las más representativas de la cuenca baja. Los géneros con mayor cantidad de especies fueron Miconia (17), Psychotria (13), Ocotea (10), Myrcia (8), Protium (7), Licania (7) y Rhynchospora (7). Melastomataceae y Rubiaceae predominaron en todos los ambientes con excepción de la sabana; Lauraceae, Burseraceae, Arecaceae, Chrysobalanaceae y Euphorbiaceae fueron las de mayor importancia en los bosques, y Myrtaceae y Cyperaceae en los bosques ribereños, esta última junto con las Poaceae predominaron en morichal y sabana. Se encontraron 19 especies restringidas a la Guayana venezolana, de las cuales 12 se conocen sólo del estado Bolívar, evidenciando que las condiciones ecológicas, topográficas y edáficas determinan la presencia de elementos florísticos particulares. Las actividades humanas son escasas, lo que se ha reflejado en poca alteración de las comunidades vegetales y en el mantenimiento del carácter prístino de los ambientes. Los escasos ambientes intervenidos han sido colonizados por especies herbáceas y arbustivas típicas de la región.

Plantas vasculares da região do Parque Estadual Cristalino, norte de Mato Grosso, Brasil

Os resultados do primeiro inventário botânico detalhado da região do Parque Estadual Cristalino, Mato Grosso, Brasil, são apresentados, incluindo uma lista de espécies. Um total de 1366 espécies de plantas vasculares distribuídas em 626 gêneros e 151 famílias foram registradas. As famílias com maior número de espécies foram Leguminosae, Rubiaceae, Melastomataceae, Malvaceae sensu lato e Moraceae. A flora inclui pelo menos sete novas espécies e diversos endemismos da região da Serra do Cachimbo, assim como muitos registros novos para o estado e alguns novos para o Brasil. Mais estudos provavelmente irão incrementar o número de espécies de forma significativa. Apesar da região apresentar uma diversidade alfa relativamente baixa em comparação a outras regiões já estudadas na Amazônia, a sua grande heterogeneidade de fitofisionomias é refletida numa elevada diversidade beta. Levando em conta esta riqueza biológica, situação importante mas ainda pouco estudada da margem ecotonal da Amazônia meridional, e sua posição estratégica com relação ao avanço sul-norte do deflorestamento, a região do Cristalino ocupa alta prioridade em termos de conservação.

Estudio fitoquímico de hojas de Uncaria guianensis y evaluación de actividad antibacteriana

Del extracto de éter de petróleo de hojas de Uncaria guianensis (Rubiaceae), se aisló un compuesto tipo clorina denominado éster etílico de feoforbida a y una mezcla de esteroles conocidos como β-sitosterol y estigmasterol. Sus estructuras fueron elucidadas por análisis detallado de RMN, incluyendo técnicas bidimensionales, y por comparación con datos reportados en la literatura. Posteriormente, se evaluó la actividad antibacteriana al éster etílico de feoforbida a contra dos cepas Gram(+): S. aureus ATCC 6538 y E. faecalis ATCC 29212 y contra tres cepas Gram (-): E. coli ATCC 25922, S. typhimurium ATCC 14028s y S. typhimurium MS7953. Se encontró actividad significativa contra S. aureus, E. faecalis, E. coli y S. tiphymurium MS7953.