Estrutura e função de policetídeos sintases iterativas (iPKSs) e sistemas híbridos de iPKS com peptídeos sintases não ribossomais (iPKS-NRPSs) envolvidas na biossíntese de antibióticos

• Processo: 24/23287-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Beneficiário: Veronica Silva Valadares
• Instituição Sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/10577-0 - Centro de Pesquisa em Biologia de Bactérias e Bacteriófagos (CEPID B3), AP.CEPID
• Assunto(s): Antibióticos Cristalografia de proteínas Elementos estruturais de proteínas Microscopia crioeletrônica Policetídeo sintases Biologia estrutural
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Antibióticos | Complexos Proteicos | Cristalografia de Proteínas | estrutura de proteínas | microscopia crioeletrônica | policetídeo sintases | biologia estrutural

Resumo

Entre os produtos naturais, policetídeos e peptídeos não ribossomais são compostos altamente diversos sintetizados por proteínas gigantes, as policetídeos sintases (PKSs) e peptídeo sintases não ribossomais (NRPSs), respectivamente. Através de vários ciclos iterativos de elongação, PKSs catalisam a condensação sequencial de duas ou três unidades de carbono em uma cadeia de acilas crescente que, é covalentemente ligada a um domínio carreador (ACP). NRPSs atuam similarmente as PKSs mas, diferentemente, adicionam unidades de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica crescente. As PKSs do tipo I podem ser classificadas em PKSs modulares ou iterativas (iPKSs). iPKSs são geralmente formadas por um único módulo que realiza algumas ou muitas rodadas de extensão de cadeias. Uma vez que as PKSs são enzimas responsáveis pela produção de um largo número de policetídeos, pesquisadores e companhias farmacêuticas estão largamente interessados em entender essas enzimas para aplicações em engenharia racional de proteínas para produzir novos derivados de produtos naturais. iPKSs são pobremente entendidas, e algumas características intrigantes dessas enzimas permanecem não elucidadas. iPKSs apresentam uma catálise sofisticada e elaborada, uma vez que a conjuntos de reações de ¿-redução são usados diferentemente em cada rodada iterativa de extensão de cadeia. Embora alguns estudos tenham demonstrado a reconstituição de produtos de iPKSs in vitro e informações tenham sido obtidas através de validação genética e espectroscopia de massa, a estrutura e a dinâmica de qualquer iPKS permanece elusiva. Da mesma maneira, pouco é conhecido sobre como essas enzimas transferem seus produtos para uma NRPS ou como controlam o uso dos seus domínios de redução. Entre os produtos naturais biossintetizados por uma iPKS, o ácido 6-metilsalicílico (6-MSA) foi um dos primeiros policetídeos a ser investigado. 6-MSA é biossinteticamente produzido pela iPKS ácido 6-metilsalicílico sintase (6MSAS), que forma um tetrâmero in solução com uma massa total de 750 kDa. 6-MSAS tem sido extensivamente estudada mecanicamente através de reconstituição biossintética in vitro. Outras PKSs intrigantes são aquelas fusionadas com domínios de NRPSs (iPKS-NRPSs) e geralmente tem uma arquitetura mais complicada e intricada. Monomericamente, essas enzimas são maiores do que as 6-MSAS, uma vez que elas apresentam mais domínios estruturais. Consequentemente, essas proteínas são ainda menos entendidas do que iPKSs. Um dos sistemas híbridos mais simples de iPKS-NRPSs é o da enzima TlmB, que está envolvido na biossíntese do tiotetronato tiolactomicina (TLM). TlmB foi predito ser uma iPKS, que recruta três unidades de propionato e então catalisa três ciclos de elongação de cadeia. Uma vez que há falta conhecimento sobre o mecanismo estrutural de iPKSs iPKS-NRPSs, neste projeto, pretendemos aplicar diferentes técnicas de biologia estrutural com objetivo de determinar a organização de domínios de iPKSs e iPKS-NRPSs e a dinâmica do domínio ACP. Para isso, nós usaremos microscopia crio-eletrônica, cristalografia de proteínas, ressonância magnética nuclear, espectroscopia de massa e SAXS para entender e possivelmente propor estratégias para a engenharia desses sistemas visando a obtenção de novos antibióticos.