Caracterização molecular de substratos biológicos e compostos naturais/sintéticos como inibidores de peroxirredoxinas 2-Cys típicas (AhpC) de bactérias

• Processo: 23/01263-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Metabolismo e Bioenergética
• Pesquisador responsável: Marcos Antonio de Oliveira
• Beneficiário: Vitória Isabela Montanhero Cabrera
• 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
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/23466-0 - Caracterização molecular de complexos alto-estruturantes redox dependentes de AhpC de Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus epidermidis utilizando Cryo-EM de partícula únicas, BE.EP.DR
• Assunto(s): Compostos bioativos Inibidores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Compostos Naturais | inibidores | peróxidos orgânicos | peroxiredoxinas | substratos biológicos | Bioquímica de Microrganismos

Resumo

Linhagens bacterianas resistentes a múltiplos fármacos (MDR) são uma ameaça à saúde pública global e a busca por novos alvos biológicos é um assunto de interesse mundial. O sistema imune dos hospedeiros possui diversas estratégias para o combate a infecção por bactérias patogênicas, tal como a explosão oxidativa, aumento de espécies reativas de oxigênio (EROS), e nitrosativa, aumento das espécies reativas de nitrogênio (ERNS) pelas células imunes, 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 apresentam enzimas altamente eficientes para decompor estas espécies neutralizando as defesas oxidativas dos hospedeiros e de determinados antibióticos. Entre as espécies produzidas pelas células de defesa, os hidroperóxidos representam um grupo diverso de compostos cuja toxicidade é mitigada por enzimas denominadas de peroxidases, com destaque em bactérias, para a peroxirredoxina (Prx) AhpC. Esta Prx é extremamente abundante em bactérias Gram+ e Gram- e é capaz de decompor hidroperóxidos com taxas extraordinárias que atingem 107-8M-1s-1. 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 quantidades significativas como consequência da explosão oxidativa e do tratamento com determinadas drogas. No entanto nenhum trabalho até o presente momento atentou em investigar bioquimicamente os substratos biológicos orgânicos de AhpCs. No que tange a aspectos bioquímicos as AhpCs são capazes 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). A alta reatividade de AhpC está relacionada a uma tríade catalítica (TC), composta por dois resíduos polares (Thr/Ser e Arg) que mantêm o enxofre da CP na forma tiolato (S-) e estão envolvidos no direcionamento e estabilização do substrato. A substituição de Thr por Ser em Prx era considerada redundante no entanto trabalhos recentes de nosso grupo revelaram que esta substituição leva a diferenças oligoméricas e na reatividade sobre hidroperóxidos. 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 é degradada. Neste contexto, substratos que apresentem maior afinidade por AhpC poderiam agir como inibidores biológicos da enzima em razão da inativação da enzima e pode ser uma importante estratégia para o combate a bactérias patogênicas. Recentemente, nosso grupo identificou um composto natural, denominado de CN-ABP1, que guarda similaridade com hidroperóxidos derivados de lipídeos de cadeia longa, os quais podem ser substratos biológicos de AhpC. Curiosamente CN-ABP1 é capaz de inibir AhpC de P. aeruginosa (Gram- que possui Thr como parte da TC) mas não de AhpC de S. epidermidis (Gram+ com Ser na TC). Os objetivos deste projeto são divididos em três frentes envolvendo: 1) investigações do potencial inibitório de compostos naturais, semi-sintéticos e sintéticos; 2) peróxidos derivados de lipídeos de cadeia longa podem atuar como inibidores de AhpC de P. aeruginosa e S. epidermidis, através de metodologias envolvendo análises computacionais e bioquímicas e 3) a determinação de estruturas cristalográficas de PaAhpC e SeAhpC reduzida e contendo CN-ABP1 e compostos selecionados. O projeto já apresenta dados preliminares.