Beta-cetoacil-ACP sintase III - Beta-ketoacyl-ACP synthase III

3-oxoacil- [acil-carreadora de proteína (ACP)] sintase III
Estrutura e arquitetura de sítio ativo da proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintase III (FabH) de escherichia coli .
Identificadores
Símbolo	ACP_syn_III
Pfam	PF08545
InterPro	IPR013751
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

Em enzimologia , uma β-cetoacil- [acil-carreadora-proteína] sintase III ( EC 2.3.1.180 ) é uma enzima que catalisa a reação química

acetil-CoA + malonil- [ proteína carreadora de acila ] acetoacetil- [ proteína carreadora de acila ] + CoA + CO ₂${\ displaystyle \ rightleftharpoons}$

Assim, os dois substratos desta enzima são acetil-CoA e malonil- [acil-carreadora-proteína], enquanto seus 3 produtos são acetoacetil- [acil-carreadora-proteína], CoA e CO ₂ . Esta enzima pertence à família das transferases , para ser específico daquelas aciltransferases que transferem grupos diferentes dos grupos aminoacilo.

Esta enzima participa da biossíntese de ácidos graxos . A proteína β-cetoacil-acil-transportadora sintase III está envolvida no sistema de biossíntese de ácidos graxos dissociados (ou tipo II) que ocorre em plantas e bactérias. O papel do FabH na síntese de ácidos graxos foi descrito em Streptomyces glaucescens , Streptococcus pneumoniae e Streptomyces coelicolor .

Nomenclatura

O nome sistemático desta classe de enzimas é acetil-CoA: malonil- [acil-proteína transportadora] C-aciltransferase. Outros nomes de uso comum incluem:

Papel na tuberculose

Mycobacterium tuberculosis , a causa da tuberculose , evita a depuração imune eficaz por meio do encapsulamento, especialmente com ácidos micólicos que são particularmente resistentes aos processos degradativos normais dos macrófagos. Além disso, esta cápsula inibe a entrada de antibióticos. As enzimas envolvidas na biossíntese de micolatos são essenciais para a sobrevivência e patogênese e, portanto, representam excelentes alvos de drogas.

Em M. tuberculosis , a enzima beta-cetoacil- [acil-carreadora-proteína] sintase III é designada mtFabH e é uma ligação crucial entre as vias de ácidos graxos sintase -I e ácidos graxos sintase- II que produzem ácidos micólicos . O FAS-I está envolvido na síntese dos ácidos graxos C ₁₆ e C ₂₆ . O produto C ₁₆ acil-CoA atua como um substrato para a síntese de ácido meromicólico por FAS-II, enquanto o ácido graxo C ₂₆ constitui o ramo alfa do ácido micólico final. O MtFabH foi proposto para ser o elo entre o FAS-I e o FAS-II, convertendo o C14-CoA gerado pelo FAS-I em C ₁₆ -AcpM, que é canalizado para o ciclo FAS-II. De acordo com as análises de equilíbrio de fluxo in silico , o mtFabH é essencial, mas não de acordo com a análise de hibridização do local do transposon. Ao contrário das enzimas em FAS-I, as enzimas de FAS-II, incluindo mtFabH, e não são encontradas em mamíferos, sugerindo que os inibidores dessas enzimas são escolhas adequadas para o desenvolvimento de drogas.

Estrutura e substratos

A estrutura do mtFabH . A enzima é um homodímero de hélices α e folhas β mistas, ou uma dobra de tiolase. As tríades catalíticas de C122, H258 e N289 são mostradas em cores e estão amplamente enterradas em bolsas hidrofóbicas.

Estruturas cristalinas de FabH foram relatadas em Mycobacterium tuberculosis , { Staphylococcus aureus , Escherichia coli e Thermus thermophilus .

A atividade catalítica e a especificidade do substrato de mtFabH foram medidas e posteriormente sondadas usando métodos cristalográficos e de mutagênese dirigida. As estruturas foram determinadas de ecFabH ligado a substratos (CoA, malonil CoA, CoA degradado). Inibidores específicos desenvolvidos usando design racional foram relatados recentemente. Em 2005, a estrutura de um mutante mtFabH desativado cataliticamente com lauroil-CoA foi relatada.

O mtFabH nativo é um homodímero com M _r = 77 ± 25 kDa. Embora haja homologia estrutural substancial entre todas as enzimas FabH bacterianas determinadas até agora, com dois canais para ligação de substratos acil-CoA e malonil-ACP e uma tríade catalítica conservada (C122, H258, N289 em mtFabH), mtFabH contém resíduos ao longo do acil -CoA canal de ligação que preferencialmente seleciona substratos de cadeia mais longa com pico de lauroil-CoA (C ₁₂ ). As estratégias de inibição baseadas em um projeto racional podem incluir o deslocamento competitivo dos substratos ou a interrupção do sítio catalítico. A fosforilação de Thr ⁴⁵ , que está localizada na entrada do canal do substrato, inibe a atividade, talvez por alterar a acessibilidade dos substratos.

Especificidade de substrato de mtFabH em relação ao comprimento da cadeia acil-CoA . O comprimento ideal é lauroil-CoA, C ₁₂ .

Inibidores

Pelo menos dois dos medicamentos existentes para tuberculose eram originalmente derivados de micróbios; cerulenina do fungo Cephalosporium caerulens e tiolactomicina (TLM) do actinomiceto Nocardia spp. Isoniazida (hidrazida de ácido isonicotínico), etionamida, triclosan [5-cloro-2- (2,4-diclorofenoxi) -fenol] e TLM são conhecidos por inibir especificamente a biossíntese de ácido micólico. Derivados de TLM e compostos relacionados estão sendo selecionados para melhorar a eficácia.

Embora muito tenha sido aprendido com esses estudos estruturais e o projeto racional seja uma abordagem excelente para desenvolver novos inibidores, abordagens alternativas, como a bioprospecção, podem revelar compostos inesperados, como um inibidor alostérico descoberto por Daines et al. Isto pode ser especialmente importante dado que a fosforilação de enzimas de síntese de micolato é sugerida como crítica para a regulação e os domínios quinase são conhecidos por terem múltiplos mecanismos de controle remotos da ligação ao ligante e locais ativos.

Após a descoberta de que os ácidos fomallênicos isolados de um fungo de serapilheira identificado como Phoma sp. são inibidores do FabH / FabF. Wang et al. relataram recentemente sua descoberta na bactéria do solo Streptomyces platensis de um novo inibidor natural de FabH com atividade in vivo chamada platencina. Estes foram encontrados por meio da triagem de 250 mil extratos de bactérias e fungos do solo, demonstrando a viabilidade da bioprospecção. Embora seja um antibiótico potencialmente útil por si só, agora foi demonstrado que a platensimicina não é especificamente ativa no mtFabH.

Especula-se que os novos inibidores provavelmente serão moléculas pequenas de polaridade relativamente baixa, considerando que os sítios catalíticos do homodímero mtFabH estão escondidos em bolsas relativamente hidrofóbicas e a necessidade de atravessar cápsulas de bacilos estabelecidos. Isso é suportado pela baixa solubilidade em água de um inibidor de ecFabH. Espera-se também que, por serem moléculas pequenas, sua síntese ou biossíntese seja simples e barata, aumentando assim a acessibilidade de medicamentos subsequentes aos países em desenvolvimento. Técnicas para rastrear a eficácia de inibidores estão disponíveis.

Potencial terapêutico

Em 2005, a tuberculose causou aproximadamente 1,6 milhão de mortes em todo o mundo, 8,8 milhões de pessoas adoeceram, com 90% desses casos em países em desenvolvimento, e cerca de um terço da população mundial tem tuberculose latente. Apesar da disponibilidade da vacina BCG e de múltiplos antibióticos, até 2005 a tuberculose ressurgiu devido à multirresistência, exacerbada pela incubação em vítimas de AIDS imunocomprometidas, não adesão ao tratamento medicamentoso e deficiências sistêmicas contínuas de saúde nos países em desenvolvimento. As taxas de mortalidade e infecção parecem ter atingido o pico, mas a tuberculose continua a ser um sério problema global. Novos medicamentos eficazes são necessários para combater esta doença. Os inibidores contra mtFabH, ou contra outras enzimas da via FAS-II, podem ter uma utilidade mais ampla, como o tratamento de Staphylococcus aureus multirresistente e Plasmodium falciparum , o agente causador de outro problema refratário sério, a malária .

Dada a predominância da TB em países pobres, o incentivo comercial para desenvolver novos medicamentos foi prejudicado, junto com a complacência e a dependência de medicamentos antigos e bem estabelecidos de "primeira linha", como rifampicina, isoniazida, pirazinamida e etambutol. A faixa de preço já é muito baixa: US $ 16–35 compram um curso completo de medicamentos de seis meses. No entanto, novos medicamentos estão em testes clínicos.

De acordo com a Aliança Global para o Desenvolvimento de Medicamentos para TB, as vendas de medicamentos de primeira linha para TB são projetadas em aproximadamente US $ 315 milhões por ano e US $ 54 milhões para tratamentos de segunda linha, mas o custo econômico global da TB é de pelo menos US $ 12 bilhões cada ano.

Referências

Leitura adicional

• Visão geral de todas as informações estruturais disponíveis no PDB para UniProt : P9WNG3 (Mycobacterium tuberculosis 3-oxoacil- [acil-carreador-proteína] sintase 3) no PDBe-KB .