Biologia Estrutural aplicada às enzimas envolvidas na biossíntese de produtos naturais: aplicações biotecnológicas e entendimento molecular de reações enzimáticas pouco usuais

• Processo: 18/00351-1
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de setembro de 2018 - 28 de fevereiro de 2021
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Beneficiário: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Instituição-sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 19/07651-3 - Purificação e cristalização de enzimas envolvidas em biossíntese de antibióticos, BP.TT
• Assunto(s): Biologia estrutural Biossíntese Enzimas Aminoglicosídeos Cristalografia de proteínas Produtos naturais Antibióticos

Resumo

Microrganismos presentes no solo são responsáveis pela produção de um grande número de antibióticos devido à alta competividade neste ambiente por espaço e nutrientes. Tais moléculas ainda podem ser utilizadas pelo homem no tratamento de uma série de enfermidades, incluindo doenças infecciosas e câncer. Algumas classes de antibióticos, como os aminoglicosídeos, revolucionaram a medicina devido aos benefícios que estes trouxeram para ao tratamento de doenças. Porém, a maneira com que os microrganismos produzem esses compostos tem-se tornado um importante ramo da química biológica, tanto pelo potencial biotecnológico que as enzimas relacionadas apresentam, quanto pelos mecanismos catalíticos e estruturas pouco usuais. Nosso grupo de pesquisa tem procurado compreender a biossíntese de algumas dessas moléculas, que incluem os aminoglicosídeos e os ionóforos poliéteres. Neste projeto, pretendemos aprofundar nossos estudos estruturais na biossíntese de duas classes de aminoglicosídeos, que incluem as gentamicinas e a butirosina. Além disso, pretendemos entender estruturalmente enzimas relacionadas com o fechamento de anéis em dois antibióticos ionóforos poliéteres, a tetronasina e tetronomicina. Para a biossíntese de gentamicina, uma série de enzimas dependentes de PLP (GenB1-GenB4) estão envolvidas na produção das gentamicinas do complexo C. Porém, embora essas enzimas apresentem similaridade sequencial, elas realizam reações únicas e atuam como aminotransferases, epimerases e dehidratases. Temos como um dos objetivos deste projeto, determinar as estruturas dessas enzimas, entender os mecanismos estruturais de catálise e também as especificidades por substratos. Por outro lado, a butirosina é um aminoglicosídeo que apresenta um grupo (S)-4-amino-2-hidroxibutirato (AHBA) ligado a um dos seus aminoaçúcares. Este grupo torna a butirosina menos suscetíveis aos mecanismos enzimáticos de resistência. Desta maneira, pretendemos entender estruturalmente duas enzimas que apresentam sequências pouco conservadas, sendo uma relacionada com a biossíntese da porção AHBA e outra relacionado a ligação da porção AHBA à ribostamicina, gerando a butirosina. Com isso, temos como objetivo ganhar insights estruturais que possam levar a aplicações biotecnológicas na produção de novos derivados de aminoglicosídeos. E finalmente, o fechamento de dois anéis na tetronasina e tetronomicina parece ser catalisado por uma classe de enzimas denominada de Diels-Alderases e neste projeto, temos ainda como objetivo iniciar os estudos estruturais de Diels-Alderases hipotéticas da biossíntese desses compostos, com o interesse de mapear os seus sítios ativos e entender a interação com análogos de substratos. Assim, esses resultados podem levar à insights sobre seus mecanismos catalíticos. De maneira geral, pretendemos neste projeto, estudar estruturalmente diferentes problemas relacionados com a biossíntese de produtos naturais que possam ser tanto explorados biotecnologicamente na produção de novos derivados de antibióticos, bem como entender peculiaridades da Natureza em relação as suas enzimas. (AU)

Publicações científicas

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(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)

ADRIANI, PATRICIA P.; DE PAIVA, FERNANDA C. R.; DE OLIVEIRA, GABRIEL S.; LEITE, AMANDA C.; SANCHES, ADRIANA S.; LOPES, ADRIANA RIOS; DIAS, MARCIO V. B.; CHAMBERGO, FELIPE S. Structural and functional characterization of the glutathione peroxidase-like thioredoxin peroxidase from the fungus Trichoderma reesei. International Journal of Biological Macromolecules, v. 167, p. 93-100, JAN 15 2021. Citações Web of Science: 0.

DE PAIVA, FERNANDA C. R.; CHAN, KAREN; SAMBORSKYY, MARKIYAN; SILBER, ARIEL M.; LEADLAY, PETER F.; DIAS, MARCIO V. B. The crystal structure of AjiA1 reveals a novel structural motion mechanism in the adenylate-forming enzyme family. ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION D-STRUCTURAL BIOLOGY, v. 76, n. 12, p. 1201-1210, DEC 1 2020. Citações Web of Science: 0.

RIBEIRO, JOAO A.; HAMMER, ALEXANDER; LIBREROS-ZUNIGA, GERARDO A.; CHAVEZ-PACHECO, SAIR M.; TYRAKIS, PETROS; DE OLIVEIRA, GABRIEL S.; KIRKMAN, TIMOTHY; EL BAKALI, JAMAL; ROCCO, SILVANA A.; SFORCA, MAURICIO L.; PARISE-FILHO, ROBERTO; COYNE, ANTHONY G.; BLUNDELL, TOM L.; ABELL, CHRIS; DIAS, MARCIO V. B. Using a Fragment-Based Approach to Identify Alternative Chemical Scaffolds Targeting Dihydrofolate Reductase from Mycobacterium tuberculosis. ACS INFECTIOUS DISEASES, v. 6, n. 8, p. 2192-2201, AUG 14 2020. Citações Web of Science: 0.

LITTLE, RORY; PAIVA, FERNANDA C. R.; JENKINS, ROBERT; HONG, HUI; SUN, YUHUI; DEMYDCHUK, YULIYA; SAMBORSKYY, MARKIYAN; TOSIN, MANUELA; LEEPER, FINIAN J.; DIAS, MARCIO V. B.; LEADLAY, PETER F. Unexpected enzyme-catalysed [4+2] cycloaddition and rearrangement in polyether antibiotic biosynthesis. NATURE CATALYSIS, v. 2, n. 11, p. 1045-1054, NOV 2019. Citações Web of Science: 0.

RIBEIRO, JOAO AUGUSTO; CHAVEZ-PACHECO, SAIR MAXIMO; DE OLIVEIRA, GABRIEL STEPHANI; SILVA, CATHARINA DOS SANTOS; PIMENTA GIUDICE, JOAO HENRIQUE; LIBREROS-ZUNIGA, GERARDO ANDRES; BERTACINE DIAS, MARCIO VINICIUS. Crystal structures of the closed form of Mycobacterium tuberculosis dihydrofolate reductase in complex with dihydrofolate and antifolates. ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION D-STRUCTURAL BIOLOGY, v. 75, n. 7, p. 682-693, JUL 2019. Citações Web of Science: 0.

DE OLIVEIRA, GABRIEL S.; ADRIANI, PATRICIA P.; RIBEIRO, JOAO AUGUSTO; MORISSEAU, CHRISTOPHE; HAMMOCK, BRUCE D.; DIAS, MARCIO VINICIUS B.; CHAMBERGO, FELIPE S. The molecular structure of an epoxide hydrolase from Trichoderma reesei in complex with urea or amide-based inhibitors. International Journal of Biological Macromolecules, v. 129, p. 653-658, MAY 15 2019. Citações Web of Science: 0.