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Beyond the full-length toxin: The metalloprotease domain of Pictolysin-III retains key functional properties and cellular activity - 20/09/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119854 
Alejandro Roque a, 1 , Daniel Torrejón a, 1 , Alex Proleón a, 1 , Victor Otarola a , Juan Cabrejos a , Cristopher Almarza b, 1 , Ignacio Contreras Saá b, 1 , Tania Broncano a , Fanny Lazo a , Edith Rodriguez a , Armando Yarlequé a, 1 , Luciana Souza Oliveira c, 1 , Félix A. Urra b, ⁎, 1 , Dan E. Vivas-Ruiz a, ⁎, 1
a Laboratorio de Biología Molecular, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Av. Venezuela Cdra. 34 S/N, Ciudad Universitaria, Lima Cercado, Lima 15081, Peru 
b Laboratorio de Plasticidad Metabólica y Bioenergética, Núcleo Interdisciplinario de Farmacología e Inmunología, Instituto de Ciencias Biomédicas (ICBM), Facultad de Medicina, Universidad de Chile, Av. Independencia 1027, Santiago 7810000, Chile 
c Laboratory of Biochemistry of Proteins from Animal Venoms, Research and Development Center, Ezequiel Dias Foundation, Belo Horizonte 30510-010, Brazil 

⁎ Correspondence to: Laboratorio de Biología Molecular-Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Cdra 34 S/N, Ciudad Universitaria, Lima 01, Peru. Laboratorio de Biología Molecular-Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos Cdra 34 S/N, Ciudad Universitaria, Lima 01 Peru ⁎⁎ Correspondence to: Laboratorio de Plasticidad Metabólica y Bioenergética,Núcleo Interdisciplinario de Farmacología e Inmunología, Instituto de CienciasBiomédicas (ICBM), Facultad de Medicina, Universidad de Chile, Independencia1027, Casilla 7, Santiago 7810000, Chile. Laboratorio de Plasticidad Metabólica y Bioenergética,Núcleo Interdisciplinario de Farmacología e Inmunología, Instituto de CienciasBiomédicas (ICBM), Facultad de Medicina, Universidad de Chile Independencia1027, Casilla 7 Santiago 7810000 Chile

Abstract

Snake venom metalloproteinases are major determinants of viperid venom pathology, but the specific contribution of their metalloprotease domain to toxin function remains insufficiently defined. Here, we produced and characterized the metalloprotease domain of Pictolysin-III, a P-III metalloproteinase from Bothrops pictus , using two heterologous expression systems: Pichia pastoris KM71H and Escherichia coli BL21 Star™ (DE3). Codon-optimized constructs containing the prodomain, an N-terminal His-tag, and a TEV cleavage site were generated, sequence-verified, expressed, purified by Ni-NTA chromatography, and activated by TEV processing. Both recombinant proteins were immunoreactive and catalytically active but showed host-dependent biochemical and biological profiles. The P. pastoris -derived protein, rMD-Pp, displayed a higher apparent molecular mass and greater final recovery than the E. coli -derived protein, rMD-Ec. Relative to native Pictolysin-III, rMD-Pp retained 59.44 ± 0.56% azocaseinolytic activity, whereas rMD-Ec retained 23.49 ± 0.79%. rMD-Pp also showed functional preservation under acidic conditions, fibrino(geno)lytic activity, and hemorrhagic activity. In contrast, rMD-Ec showed reduced proteolytic performance and no visible hemorrhagic lesion at the tested doses up to 4 µg. Exploratory molecular dynamics simulations of theoretical glycosylated and non-glycosylated models suggested comparable global compactness, with higher calculated solvent exposure and localized flexibility, particularly around the omega-loop region. Real-time cell analysis showed distinct cell-line-dependent impedance profiles in RMF-621, MCF-7, and MDA-MB-231 cells. Overall, these findings demonstrate that the metalloprotease domain constitutes an active functional unit of Pictolysin-III. However, the two recombinant preparations differed in their biochemical and biological profiles, with rMD-Pp more closely reproducing the functional properties of the native toxin than rMD-Ec.

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Graphical Abstract




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Highlights

•
Pic-III metalloprotease domain was produced in two heterologous systems: P. pastoris and E. coli .
•
Both recombinant domains were immunoreactive and catalytically active, indicating preservation of key functional and antigenic features.
•
The P. pastoris -derived domain showed higher recovery and stronger proteolytic, fibrino(geno)lytic, and hemorrhagic activity than the E. coli -derived domain.
•
Recombinant domains showed cell-dependent responses partly resembling Pic-III, supporting a role for the M domain.

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Keywords : Pictolysin-III, Snake venom metalloproteinase, Pichia pastoris , Escherichia coli , Recombinant metalloprotease domain


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