A enzima histidinol desidrogenase de Mycobacterium tuberculosis como alvo macromolecular para o planejamento de novos candidatos a fármacos para o tratamento da tuberculose

• Main Author: Lunardi, Juleane
• Other Authors: Machado, Pablo
• Language: Portuguese
• Published: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul 2015
• Subjects: BIOLOGIA MOLECULAR; BIOLOGIA CELULAR; ENZIMAS; TUBERCULOSE; BIOSSÍNTESE DE PROTEÍNAS; PREPARAÇÕES FARMACÊUTICAS
• Online Access: http://hdl.handle.net/10923/7607

Made available in DSpace on 2015-10-02T02:04:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000475353-Texto+Completo-0.pdf: 4655532 bytes, checksum: c5dbc2135d9425bffb99fb72fd2f27dd (MD5) Previous issue date: 2015 === Among the infectious diseases that humans have been dealing with throughout history, tuberculosis (TB) is currently the second responsible for most of the deaths worldwide. The latest estimates of WHO showed that 9 millions of new cases of TB occurred in 2013 and 1. 5 million of deaths. The emergence of new drug resistant M. tuberculosis strains is becoming a serious increasing problem as the treatment of infected patients with multi drug-resistant TB and extensively drug-resistant TB strains is much more difficult and costly. This brings discussions about the drastic situation of virtually untreatable TB cases and shows the urgent need to introduce new and effective anti-TB drugs. The research for the development of new antimycobacterial agents becomes a necessity, as well as the identification of new targets for future drugs. The histidine biosynthetic pathway is comprised of ten enzyme steps catalyzed by eight enzymes. This pathway is present in prokaryotic organisms, lower eukaryotic organisms and plants, but is absent in animals, which is in accordance with the principles of selective toxicity. Mutagenesis studies have shown that the genes of this pathway are essential for the survival of M. tuberculosis. The histidinol dehydrogenase enzyme, encoded by hisD, performs the last two steps in the biosynthesis of histidine, converting L-histidinol to L-histidine. The essentiality of the hisD gene in M. tuberculosis mutants with referred gene knockout is already described in the literature. This work describes kinetic studies using thermodynamic parameters, fluorescence spectroscopy, and pre-stationary states to better understand the enzymatic mechanism of MtHisD. Characterization of the reaction catalyzed by mycobacterial HisD is important to structure-based drug development. The data from enzyme’s kinetic characterization were the starting point for HisD specific inhibitors planning, selection, and testing. A series of eleven hydrazones derived from L-histidine was synthesized, from which four compounds were identified as showing a competitive inhibition profile for L-histidinol substrate. The interactions of these compounds with the enzyme were analyzed by molecular docking to understand the inhibitory mechanism. Results from this work are believed to enhance the understanding of mycobacterial histidine metabolism. Moreover, data from inhibition studies with the synthesized compounds, serve as the starting point for the development of new molecules to enhance the enzyme inhibition and to inhibit the M. tuberculosis growth. === Dentre as doenças infecciosas que acompanham o homem ao longo da história, a tuberculose (TB), atualmente, é a segunda responsável pelo maior número de mortes no mundo. As últimas estimativas da Organização Mundial da Saúde apontam 9 milhões de novos casos de TB em 2013 e 1,5 milhões de mortes. O surgimento de novas linhagens de M. tuberculosis resistentes aos fármacos utilizados no tratamento está se tornando um problema sério e crescente, uma vez que o tratamento de pacientes infectados com cepas de tuberculose resistente à múltiplos fármacos e extensivamente resistente à fármacos é muito mais difícil e oneroso. Isso remete a discussões sobre a drástica situação de casos de TB virtualmente incuráveis e aponta para a urgente necessidade de introduzir novos e eficazes medicamentos anti-TB no mercado. A pesquisa para o desenvolvimento de novos agentes antimicobacterianos torna-se necessária, bem como a identificação de novos alvos para futuros medicamentos. A via de biossíntese de histidina compreende dez etapas enzimáticas catalisadas por oito enzimas. Esta via está presente nos organismos procarióticos, organismos eucarióticos inferiores e em plantas, mas está ausente em animais, corroborando com os princípios de toxicidade seletiva. Estudos de mutagênese demonstraram que os genes desta via são essenciais para a sobrevivência do M. tuberculosis. A enzima histidinol desidrogenase, codificada pelo gene hisD, catalisa a última etapa da biossíntese de histidina, convertendo L-histidinol para L-histidina. A essencialidade do gene hisD em mutantes de M. tuberculosis, com o referido gene nocauteado, já está descrita na literatura. Este trabalho trata sobre o aprofundamento dos estudos cinéticos, utilizando ensaios para determinação de parâmetros termodinâmicos, fluorimetria e ensaios em estado préestacionário. A caracterização da reação catalisada pela enzima HisD micobacteriana é uma etapa importante para o desenvolvimento de novos fármacos de ação específica que permitam o melhor controle da tuberculose. Os dados de caracterização cinética da enzima foram utilizados como ponto de partida para o planejamento, seleção e teste de inibidores seletivos contra a HisD de M. tuberculosis. Uma série de onze hidrazonas derivadas da Lhistidina foi sintetizada, foram identificados quatro compostos com perfil de inibição competitiva pelo substrato L-histidinol. As interações destes compostos com a enzima foram analisadas por docagem molecular para melhor compreensão do mecanismo inibitório. Os resultados deste trabalho colaboram ainda para uma melhor compreensão do metabolismo da biossíntese de histidina em micobactérias. Além disso, os dados dos estudos de inibição com os compostos aqui sintetizados servem como ponto de partida para o desenvolvimento de novas moléculas visando a otimização da inibição da enzima e a da inibição do crescimento do M. tuberculosis.