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Beta-cetoacil-ACP sintasa III

En enzimología , una β-cetoacil-[proteína transportadora de acilo] sintasa III ( EC 2.3.1.180) es una enzima que cataliza la reacción química

acetil-CoA + malonil-[ proteína transportadora de acilo ] acetoacetil-[ proteína transportadora de acilo ] + CoA + CO 2

Así, los dos sustratos de esta enzima son el acetil-CoA y el malonil-[proteína transportadora de acilo], mientras que sus 3 productos son el acetoacetil-[proteína transportadora de acilo], el CoA y el CO 2 . Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , concretamente a aquellas aciltransferasas que transfieren grupos distintos de los grupos aminoacilo.

Esta enzima participa en la biosíntesis de ácidos grasos . La proteína transportadora de β-cetoacil-acilo sintasa III está involucrada en el sistema de biosíntesis de ácidos grasos disociados (o tipo II) que ocurre en plantas y bacterias. El papel de FabH en la síntesis de ácidos grasos se ha descrito en Streptomyces glaucescens , [2] Streptococcus pneumoniae , [3] y Streptomyces coelicolor . [4]

Nomenclatura

El nombre sistemático de esta clase de enzimas es acetil-CoA:malonil-[proteína transportadora de acilo] C-aciltransferasa. Otros nombres de uso común son:

Papel en la tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis , la causa de la tuberculosis , evade la eliminación inmunitaria eficaz mediante la encapsulación, especialmente con ácidos micólicos que son particularmente resistentes a los procesos degradativos normales de los macrófagos. Además, esta cápsula inhibe la entrada de antibióticos. Las enzimas implicadas en la biosíntesis de micolatos son esenciales para la supervivencia y la patogénesis, y por lo tanto representan excelentes objetivos farmacológicos.

En M. tuberculosis , la enzima beta-cetoacil-[proteína transportadora de acilo] sintasa III se denomina mtFabH y es un enlace crucial entre las vías de la sintasa de ácidos grasos -I y la sintasa de ácidos grasos -II que producen ácidos micólicos . FAS-I está involucrada en la síntesis de ácidos grasos C 16 y C 26. El producto acil-CoA C 16 actúa como sustrato para la síntesis de ácido meromicólico por FAS-II, mientras que el ácido graso C 26 constituye la rama alfa del ácido micólico final. Se ha propuesto que MtFabH es el enlace entre FAS-I y FAS-II al convertir C14-CoA generado por FAS-I a C 16 -AcpM, que se canaliza hacia el ciclo FAS-II. [5] Según los análisis de balance de flujo in silico , [6] mtFabH es esencial pero no según el análisis de hibridación del sitio de transposón. [7] A diferencia de las enzimas de FAS-I, las enzimas de FAS-II, incluida mtFabH, no se encuentran en mamíferos, lo que sugiere que los inhibidores de estas enzimas son opciones adecuadas para el desarrollo de fármacos.

Estructura y sustratos

La estructura de mtFabH . La enzima es un homodímero de hélices α y láminas β mixtas, o un pliegue de tiolasa. Las tríadas catalíticas de C122, H258 y N289 se muestran en color y están en gran parte enterradas en bolsas hidrofóbicas.

Se han informado estructuras cristalinas de FabH de Mycobacterium tuberculosis , [1] [8] [9] Staphylococcus aureus , [10] Escherichia coli , [11] y Thermus thermophilus . [12]

Se ha medido la actividad catalítica y la especificidad del sustrato de mtFabH [13] y luego se ha investigado más a fondo utilizando métodos de mutagénesis dirigida y cristalográfica. [14] Se han determinado las estructuras de ecFabH unido a sustratos (CoA, malonil CoA, CoA degradado). [8] Recientemente se han informado inhibidores específicos desarrollados utilizando un diseño racional. [15] [16] [17] En 2005, se informó la estructura de un mutante de mtFabH catalíticamente deshabilitado con lauroil-CoA. [18]

La mtFabH nativa es un homodímero con M r = 77 ± 25 kDa. Aunque existe una homología estructural sustancial entre todas las enzimas FabH bacterianas determinadas hasta ahora, con dos canales para la unión de sustratos acil-CoA y malonil-ACP y una tríada catalítica conservada (C122, H258, N289 en mtFabH), mtFabH contiene residuos a lo largo del canal de unión acil-CoA que seleccionan preferentemente sustratos de cadena más larga que alcanzan su pico con lauroil-CoA (C 12 ). Las estrategias de inhibición basadas en un diseño racional podrían incluir el desplazamiento competitivo de los sustratos o la interrupción del sitio catalítico. La fosforilación de Thr 45 , que se encuentra en la entrada del canal del sustrato, inhibe la actividad, tal vez al alterar la accesibilidad de los sustratos. [19]

Especificidad del sustrato de mtFabH en relación con la longitud de la cadena de acil-CoA . La longitud óptima es lauroil-CoA, C 12 .

Inhibidores

Al menos dos de los fármacos existentes para la tuberculosis se derivaron originalmente de microbios: la cerulenina del hongo Cephalosporium caerulens y la tiolactomicina (TLM) del actinomiceto Nocardia spp. Se sabe que la isoniazida (hidrazida del ácido isonicotínico), la etionamida, el triclosán [5-cloro-2-(2,4-diclorofenoxi)-fenol] y la TLM inhiben específicamente la biosíntesis del ácido micólico. [20] Se están evaluando derivados de la TLM y compuestos relacionados para mejorar la eficacia. [21] [22] [23] [24]

Si bien se ha aprendido mucho de estos estudios estructurales y el diseño racional es un enfoque excelente para desarrollar nuevos inhibidores, enfoques alternativos como la bioprospección pueden revelar compuestos inesperados, como un inhibidor alostérico descubierto por Daines et al. Esto podría ser especialmente importante dado que se sugiere que la fosforilación de las enzimas de síntesis de micolato es fundamental para la regulación y se sabe que los dominios de quinasa tienen múltiples mecanismos de control alejados de la unión de ligandos y los sitios activos. [19]

Tras el descubrimiento de que los ácidos fomalénicos aislados de un hongo de la hojarasca identificado como Phoma sp. son inhibidores de FabH/FabF. [25] [26] Wang et al. informaron recientemente sobre su descubrimiento a partir de la bacteria del suelo Streptomyces platensis de un nuevo inhibidor natural de FabH con actividad in vivo llamado platencina. [27] Estos se encontraron al analizar 250.000 extractos de bacterias y hongos del suelo, lo que demuestra la viabilidad de la bioprospección. Si bien es un antibiótico potencialmente útil por derecho propio, ahora se ha demostrado que la platensimicina no es específicamente activa en mtFabH. [28]

Se especula que los nuevos inhibidores probablemente serán moléculas pequeñas de polaridad relativamente baja, considerando que los sitios catalíticos del homodímero mtFabH están ocultos en bolsillos relativamente hidrofóbicos y la necesidad de atravesar cápsulas de bacilos establecidos. Esto está respaldado por la baja solubilidad en agua de un inhibidor de ecFabH. También se espera que, al ser moléculas pequeñas, su síntesis o biosíntesis sea simple y barata, mejorando así la asequibilidad de medicamentos posteriores para los países en desarrollo. Hay técnicas disponibles para evaluar la eficacia de los inhibidores. [29] [30]

Potencial terapéutico

En 2005, la tuberculosis causó aproximadamente 1,6 millones de muertes en todo el mundo, 8,8 millones de personas enfermaron, con 90% de estos casos en países en desarrollo, y se estima que un tercio de la población mundial tiene tuberculosis latente. [31] [32] A pesar de la disponibilidad de la vacuna BCG y múltiples antibióticos, hasta 2005 la tuberculosis resurgió debido a la resistencia a múltiples fármacos, exacerbada por la incubación en víctimas de SIDA inmunodeprimidas, el incumplimiento del tratamiento farmacológico y las deficiencias sistémicas en curso de la atención médica en los países en desarrollo. Las tasas de mortalidad e infección parecen haber alcanzado su punto máximo, pero la tuberculosis sigue siendo un problema mundial grave. Se necesitan nuevos medicamentos efectivos para combatir esta enfermedad. Los inhibidores contra mtFabH, o contra otras enzimas de la vía FAS-II, pueden tener una utilidad más amplia, como el tratamiento de Staphylococcus aureus resistente a múltiples fármacos y Plasmodium falciparum , el agente causal de otro problema refractario grave, la malaria .

Dado el predominio de la tuberculosis en los países pobres, el incentivo comercial para desarrollar nuevos medicamentos se ha visto obstaculizado, junto con la complacencia y la dependencia de medicamentos antiguos y bien establecidos, de "primera línea", como la rifampicina, la isoniazida, la pirazinamida y el etambutol. El precio ya es muy bajo: entre 16 y 35 dólares estadounidenses se puede comprar un tratamiento completo de seis meses [33]. Sin embargo, hay nuevos medicamentos en ensayos clínicos. [34] [35]

Según la Alianza Global para el Desarrollo de Medicamentos contra la Tuberculosis, se estima que las ventas de medicamentos de primera línea contra la tuberculosis serán de aproximadamente 315 millones de dólares por año, y de 54 millones de dólares para tratamientos de segunda línea, pero el costo económico mundial de la tuberculosis es de al menos 12 mil millones de dólares cada año. [36] [37]

Referencias

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Lectura adicional