Investigação de substratos biológicos oxidantes de AhpC: aspectos fundamentais e aplicações no combate a bactérias patogênicas.

• Processo: 22/05108-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Metabolismo e Bioenergética
• Pesquisador responsável: Marcos Antonio de Oliveira
• Beneficiário: Sabrina Vargas Batista
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB-CLP). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus Experimental do Litoral Paulista. São Vicente , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07937-8 - Redoxoma, AP.CEPID
• Assunto(s): Escherichia coli Peroxirredoxinas Biologia estrutural
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: AhpC | Escherichia coli | Hidroperóxidos derivados de lipídeos | hiperoxidação | peroxirredoxinas | Biologia Molecular Estrutural

Resumo

Linhagens bacterianas resistentes a múltiplos fármacos (MDR) são uma ameaça à saúde global e a busca por novos alvos biológicos é um de assunto de interesse mundial. Levantamentos recentes indicam que anualmente cerca de 1.3 milhões de mortes são causadas diretamente por bactérias resistentes a múltiplos antibióticos em todo o mundo. Dentre elas, linhagens MDR de Escherichia coli respondem por quase um terço dos óbitos. O sistema imune dos hospedeiros possui diversas estratégias para o combate a infecção por bactérias patogênicas, tal como a explosão oxidativa e nitrosativa pelas células imunes, caracterizada por produzir uma grande variedade de espécies reativas de oxigênio (EROS) e nitrogênio (ERNS), que visam aniquilar o patógeno impedindo seu estabelecimento. Adicionalmente, diversos antibióticos também são capazes de gerar EROS, de forma direta ou indireta, o que contribui para o controle das infecções. Por outro lado, os patógenos, no curso da evolução, desenvolveram enzimas altamente eficientes para decompor estas espécies neutralizando as defesas oxidativas dos hospedeiros e os efeitos de determinados antibióticos. Entre as espécies produzidas, os hidroperóxidos representam um grupo extremamente diverso de compostos cuja toxicidade é mitigada por diversas enzimas denominadas de peroxidases, com destaque em bactérias, para a peroxirredoxina (Prx) AhpC. Esta Prx é capaz de decompor hidroperóxidos utilizando uma cisteína altamente reativa denominada de peroxidásica (CP) que durante o ciclo catalítico forma um dissulfeto com um segundo resíduo de cisteína denominada de resolução (CR). Para que elas possam realizar outro ciclo catalítico o dissulfeto necessita ser reduzido, tarefa efetuada normalmente pelos sistemas Trx ou AhpF. Quando as concentrações de hidroperóxidos são muito elevadas ocorre a perda da atividade peroxidásica em razão da hiperoxidação de CP em cisteína ácido sulfínico (CP-SO2H). Em bactérias não existe sistema capaz de reduzir este intermediário e a enzima inativa é degradada. Recentemente, demonstramos que AhpC é muito mais sensível a hiperoxidação por hidroperóxidos orgânicos sintéticos que por peróxido de hidrogênio. Em E. coli, AhpC é uma das dez proteínas mais expressas e, de forma geral, em bactérias patogênicas, estas enzimas estão relacionadas a infecção, o estabelecimento e a sobrevivência nos seus hospedeiros, subjugando a explosão oxidativa gerada pelo sistema imunitário e antibióticos. As AhpCs foram identificadas devido ao fato de linhagens ”ahpc apresentarem alta sensibilidade a peróxidos orgânicos incluindo os derivados de ácidos graxos de cadeia longa os quais são gerados em grandes quantidades como consequência da explosão oxidativa e do tratamento com determinados antibióticos. Apesar da importância de se conhecer com maior profundidade os substratos naturais de AhpCs, nenhuma investigação sistemática foi efetuada até o presente momento. Os objetivos deste projeto visam a investigação de quais peróxidos orgânicos derivados de lipídeos de cadeia longa podem ser relevantes como substratos biológicos de AhpC de E. coli, através de metodologias envolvendo análises computacionais (construção de modelo estrutural teórico e avaliação da ligação de substratos por meio de docking molecular) e bioquímicas (ensaios de atividade por meio da oxidação do NADPH, determinação de parâmetros cinéticos, avaliação de hiperoxidação por ensaios cinéticos e SDS-PAGE não redutor, dentre outros). Acreditamos que os resultados gerados neste projeto possuem importância na ciência básica auxiliando em uma maior compreensão da decomposição de peróxidos de lipídeos em bactérias e também no campo aplicado, uma vez que a determinação de substratos biológicos pode abrir caminho para a identificação de inibidores deste grupo de proteínas com implicações no tratamento de doenças infecciosas causadas por bactérias MDR.