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Beta-cetoacil-ACP sintasa III

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

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

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

Esta enzima participa en la biosíntesis de ácidos grasos . La β-cetoacil-acil-proteína portadora sintasa III participa en el sistema de biosíntesis de ácidos grasos disociados (o tipo II) que se produce 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 portadora de acil] C-aciltransferasa. Otros nombres de uso común incluyen:

Papel en la tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis , la causa de la tuberculosis , evade la eliminación inmune eficaz a través de 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 involucradas en la biosíntesis de micolato son esenciales para la supervivencia y la patogénesis y, por lo tanto, representan excelentes objetivos farmacológicos.

En M. tuberculosis , la enzima beta-cetoacil-[proteína portadora de acil] sintasa III se denomina mtFabH y es un vínculo crucial entre las vías de la ácido graso sintasa I y la ácido graso sintasa II que producen ácidos micólicos . FAS-I participa 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 sea el vínculo entre FAS-I y FAS-II mediante la conversión de C14-CoA generada por FAS-I en C16 - AcpM, que se canaliza hacia el ciclo FAS-II. [5] Según los análisis de equilibrio de flujo in silico , [6] mtFabH es esencial, pero no según el análisis de hibridación del sitio de transposones. [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 midió la actividad catalítica y la especificidad del sustrato de mtFabH [13] y luego se investigaron utilizando métodos cristalográficos y de mutagénesis dirigida. [14] Se han determinado las estructuras de ecFabH unido a sustratos (CoA, malonil CoA, CoA degradada). [8] Recientemente se han informado inhibidores específicos desarrollados utilizando un diseño racional. [15] [16] [17] En 2005, se informó sobre la estructura de un mutante mtFabH catalíticamente desactivado con lauroil-CoA. [18]

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

"Especificidad de sustrato de mtFabH en relación con la longitud de la cadena de acil-CoA" . La longitud óptima es lauroil-CoA, C12 .

Inhibidores

Al menos dos de los medicamentos existentes para la tuberculosis se derivaron originalmente de microbios; cerulenina del hongo Cephalosporium caerulens y 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 el TLM inhiben específicamente la biosíntesis del ácido micólico. [20] Se están analizando derivados de 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 del ligando 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 y cols. informaron recientemente sobre el 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 analizando 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 sobre mtFabH. [28]

Se especula que lo más probable es que los nuevos inhibidores sean moléculas pequeñas de polaridad relativamente baja, teniendo en cuenta que los sitios catalíticos del homodímero mtFabH están ocultos en bolsas relativamente hidrófobas y la necesidad de atravesar cápsulas de bacilos establecidos. Esto está respaldado por la escasa solubilidad en agua de un inhibidor de ecFabH. También se espera que, al ser moléculas pequeñas, su síntesis o biosíntesis sea sencilla y barata, mejorando así la asequibilidad de los medicamentos posteriores para los países en desarrollo. Se encuentran disponibles técnicas 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, el 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 medicamentos, exacerbada por la incubación en víctimas de SIDA inmunocomprometidas, el incumplimiento del tratamiento farmacológico y las continuas deficiencias sistémicas de la atención médica en los países en desarrollo. países. Las tasas de mortalidad e infección parecen haber alcanzado su punto máximo, pero la tuberculosis sigue siendo un grave problema mundial. Se necesitan nuevos fármacos eficaces 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 multirresistente y Plasmodium falciparum , el agente causante 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 se puede comprar un tratamiento farmacológico completo de seis meses [33] Sin embargo, se están realizando ensayos clínicos con nuevos medicamentos. [34] [35]

Según la Alianza Mundial para el Desarrollo de Medicamentos contra la Tuberculosis, se prevé que las ventas de medicamentos contra la tuberculosis de primera línea sean de aproximadamente 315 millones de dólares al año, y 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

  1. ^ ab Davies C, Heath RJ, White SW, Rock CO (2000). "La estructura cristalina 1.8 A y la arquitectura del sitio activo de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III (FabH) de Escherichia coli". Estructura . 8 (2): 185–95. doi : 10.1016/S0969-2126(00)00094-0 . PMID  10673437.
  2. ^ Han L, Lobo S, Reynolds KA (1998). "Caracterización de la proteína transportadora β-cetoacil-acil sintasa III de Streptomyces glaucescens y su papel en el inicio de la biosíntesis de ácidos grasos". J. Bacteriol . 180 (17): 4481–6. doi :10.1128/JB.180.17.4481-4486.1998. PMC 107458 . PMID  9721286. 
  3. ^ Khandekar SS, Gentry DR, Van Aller GS, Warren P, Xiang H, Silverman C, Doyle ML, Chambers PA, Konstantinidis AK, Brandt M, Daines RA, Lonsdale JT (2001). "Identificación, especificidad de sustrato e inhibición de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III (FabH) de Streptococcus pneumoniae". J. Biol. química . 276 (32): 30024–30. doi : 10.1074/jbc.M101769200 . PMID  11375394. S2CID  40184365.
  4. ^ Li Y, Florova G, Reynolds KA (2005). "Alteración del perfil de ácidos grasos de Streptomyces coelicolor mediante la sustitución de la enzima de iniciación 3-cetoacil acil proteína transportadora sintasa III (FabH)". J. Bacteriol . 187 (11): 3795–9. doi :10.1128/JB.187.11.3795-3799.2005. PMC 1112031 . PMID  15901703. 
  5. ^ Bhatt A, Molle V, Besra GS, Jacobs WR, Kremer L (junio de 2007). "Las enzimas condensantes FAS-II de Mycobacterium tuberculosis: su papel en la biosíntesis del ácido micólico, la acidez, la patogénesis y el desarrollo futuro de fármacos". Mol. Microbiol . 64 (6): 1442–54. doi : 10.1111/j.1365-2958.2007.05761.x . PMID  17555433. S2CID  32586686.
  6. ^ Raman K, Rajagopalan P, Chandra N (octubre de 2005). "Análisis del equilibrio de flujo de la vía del ácido micólico: objetivos de los fármacos antituberculosos". Computación más. Biol . 1 (5): e46. Código Bib : 2005PLSCB...1...46R. doi : 10.1371/journal.pcbi.0010046 . PMC 1246807 . PMID  16261191. 
  7. ^ Sassetti CM, Boyd DH, Rubin EJ (abril de 2003). "Genes necesarios para el crecimiento de micobacterias definidos por mutagénesis de alta densidad". Mol. Microbiol . 48 (1): 77–84. doi : 10.1046/j.1365-2958.2003.03425.x . PMID  12657046. S2CID  21383026.
  8. ^ ab PDB : 1HND ​, 1HNH ​, 1HNJ ​; Qiu X, Janson CA, Smith WW, Head M, Lonsdale J, Konstantinidis AK (marzo de 2001). "Estructuras refinadas de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III". J. Mol. Biol . 307 (1): 341–56. doi :10.1006/jmbi.2000.4457. PMID  11243824.
  9. ^ AP : 1HZP ​; Scarsdale JN, Kazanina G, He X, Reynolds KA, Wright HT (junio de 2001). "Estructura cristalina de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III de Mycobacterium tuberculosis". J. Biol. química . 276 (23): 20516–22. doi : 10.1074/jbc.M010762200 . PMID  11278743. S2CID  21814082.
  10. ^ AP : 1ZOW ​; Qiu X, Choudhry AE, Janson CA, Grooms M, Daines RA, Lonsdale JT, Khandekar SS (agosto de 2005). "Estructura cristalina y especificidad de sustrato de la proteína transportadora β-cetoacil-acil sintasa III (FabH) de Staphylococcus aureus". Ciencia de las proteínas . 14 (8): 2087–94. doi : 10.1110/ps.051501605. PMC 2279320 . PMID  15987898. 
  11. ^ AP : 1HN9 ​; Qiu X, Janson CA, Konstantinidis AK, Nwagwu S, Silverman C, Smith WW, Khandekar S, Lonsdale J, Abdel-Meguid SS (diciembre de 1999). "Estructura cristalina de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III. Una enzima condensadora clave en la biosíntesis de ácidos grasos bacterianos". J. Biol. química . 274 (51): 36465–71. doi : 10.1074/jbc.274.51.36465 . PMID  10593943.
  12. ^ PDB : 1UB7 Inagaki E, Kuramitsu S, Yokoyama S, Miyano M, Tahirov TH (2007) La estructura cristalina de la beta-cetoacil-[proteína portadora de acilo] sintasa III (Fabh) de Thermus thermophilus .
  13. ^ Choi KH, Kremer L, Besra GS, Rock CO (septiembre de 2000). "Identificación y especificidad de sustrato de la beta -cetoacil (proteína portadora de acilo) sintasa III (mtFabH) de Mycobacterium tuberculosis". J. Biol. química . 275 (36): 28201–7. doi : 10.1074/jbc.M003241200 . PMID  10840036.
  14. ^ AP : 1M1M ​, 2AJ9 ​; Brown AK, Sridharan S, Kremer L, Lindenberg S, Dover LG, Sacchettini JC, Besra GS (septiembre de 2005). "Sondeo del mecanismo de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III mtFabH de Mycobacterium tuberculosis: factores que influyen en la catálisis y la especificidad del sustrato". J. Biol. química . 280 (37): 32539–47. doi : 10.1074/jbc.M413216200 . PMID  16040614.
  15. ^ AP : 1MZS ​; Daines RA, Pendrak I, Sham K, Van Aller GS, Konstantinidis AK, Lonsdale JT, Janson CA, Qiu X, Brandt M, Khandekar SS, Silverman C, Head MS (enero de 2003). "Primera estructura cocristalina de rayos X de una enzima condensadora FabH bacteriana y un inhibidor de molécula pequeña lograda mediante diseño racional y modelado de homología". J. Med. química . 46 (1): 5–8. doi :10.1021/jm025571b. PMID  12502353.
  16. ^ Nie Z, Perretta C, Lu J, Su Y, Margosiak S, Gajiwala KS, Cortez J, Nikulin V, Yager KM, Appelt K, Chu S (marzo de 2005). "Diseño, síntesis y estudio basados ​​en la estructura de potentes inhibidores de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III como posibles agentes antimicrobianos". J. Med. química . 48 (5): 1596–609. doi :10.1021/jm049141s. PMID  15743201.
  17. ^ Ashek A, Cho SJ (marzo de 2006). "Un enfoque combinado de acoplamiento y estudio QSAR 3D de inhibidores de la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III (FabH)". Bioorg. Medicina. química . 14 (5): 1474–82. doi :10.1016/j.bmc.2005.10.001. PMID  16275103.
  18. ^ AP : 1U6S ​; Musayev F, Sachdeva S, Scarsdale JN, Reynolds KA, Wright HT (marzo de 2005). "Estructura cristalina de un complejo de sustrato de Mycobacterium tuberculosis beta-cetoacil-acil proteína transportadora sintasa III (FabH) con lauroil-coenzima A". J. Mol. Biol . 346 (5): 1313–21. doi :10.1016/j.jmb.2004.12.044. PMID  15713483.
  19. ^ ab Veyron-Churlet R, Molle V, Taylor RC, Brown AK, Besra GS, Zanella-Cléon I, Fütterer K, Kremer L (marzo de 2009). "La actividad de la proteína portadora sintasa III de Mycobacterium tuberculosis β-cetoacil-acil se inhibe mediante la fosforilación en un único residuo de treonina". J. Biol. química . 284 (10): 6414–24. doi : 10.1074/jbc.M806537200 . PMC 2649087 . PMID  19074144. 
  20. ^ Schroeder EK, de Souza N, Santos DS, Blanchard JS, Basso LA (septiembre de 2002). "Fármacos que inhiben la biosíntesis del ácido micólico en Mycobacterium tuberculosis". Curr Pharm Biotecnología . 3 (3): 197–225. doi :10.2174/1389201023378328. PMID  12164478.
  21. ^ Senior SJ, Illarionov PA, Gurcha SS, Campbell IB, Schaeffer ML, Minnikin DE, Besra GS (noviembre de 2003). "Análogos de tiolactomicina a base de bifenilo, activos contra la enzima condensadora de ácidos grasos mtFabH de Mycobacterium tuberculosis". Bioorg. Medicina. Química. Lett . 13 (21): 3685–8. doi :10.1016/j.bmcl.2003.08.015. PMID  14552758.
  22. ^ Senior SJ, Illarionov PA, Gurcha SS, Campbell IB, Schaeffer ML, Minnikin DE, Besra GS (enero de 2004). "Análogos de tiolactomicina a base de acetileno, activos contra la enzima condensadora de ácidos grasos mtFabH de Mycobacterium tuberculosis". Bioorg. Medicina. Química. Lett . 14 (2): 373–6. doi :10.1016/j.bmcl.2003.10.061. PMID  14698162.
  23. ^ He X, Reeve AM, Desai UR, Kellogg GE, Reynolds KA (agosto de 2004). "1,2-ditiole-3-unos como potentes inhibidores de la proteína transportadora bacteriana 3-cetoacil acil sintasa III (FabH)". Antimicrobiano. Agentes Chemother . 48 (8): 3093–102. doi :10.1128/AAC.48.8.3093-3102.2004. PMC 478545 . PMID  15273125. 
  24. ^ Al-Balas Q, Anthony NG, Al-Jaidi B, Alnimr A, Abbott G, Brown AK, Taylor RC, Besra GS, McHugh TD, Gillespie SH, Johnston BF, Mackay SP, Coxon GD (2009). Todd MH (ed.). "Identificación de derivados de 2-aminotiazol-4-carboxilato activos contra Mycobacterium tuberculosis H37Rv y la β-cetoacil-ACP sintasa mtFabH". MÁS UNO . 4 (5): e5617. Código Bib : 2009PLoSO...4.5617A. doi : 10.1371/journal.pone.0005617 . PMC 2680598 . PMID  19440303. 
  25. ^ Young K, Jayasuriya H, Ondeyka JG, Herath K, Zhang C, Kodali S, Galgoci A, Painter R, Brown-Driver V, Yamamoto R, Silver LL, Zheng Y, Ventura JI, Sigmund J, Ha S, Basilio A , Vicente F, Tormo JR, Pelaez F, Youngman P, Cully D, Barrett JF, Schmatz D, Singh SB, Wang J (febrero de 2006). "Descubrimiento de inhibidores FabH/FabF a partir de productos naturales". Antimicrobiano. Agentes Chemother . 50 (2): 519–26. doi :10.1128/AAC.50.2.519-526.2006. PMC 1366929 . PMID  16436705. 
  26. ^ Ondeyka JG, Zink DL, Young K, Painter R, Kodali S, Galgoci A, Collado J, Tormo JR, Basilio A, Vicente F, Wang J, Singh SB (marzo de 2006). "Descubrimiento de inhibidores bacterianos de la ácido graso sintasa de una especie de Phoma como agentes antimicrobianos utilizando una nueva estrategia basada en antisentido". J. Nat. Prod . 69 (3): 377–80. doi :10.1021/np050416w. PMID  16562839.
  27. ^ Wang J, Kodali S, Lee SH, Galgoci A, Painter R, Dorso K, Racine F, Motyl M, Hernandez L, Tinney E, Colletti SL, Herath K, Cummings R, Salazar O, González I, Basilio A, Vicente F, Genilloud O, Pelaez F, Jayasuriya H, Young K, Cully DF, Singh SB (mayo de 2007). "Descubrimiento de platencina, un inhibidor dual de FabF y FabH con propiedades antibióticas in vivo". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (18): 7612–6. Código Bib : 2007PNAS..104.7612W. doi : 10.1073/pnas.0700746104 . PMC 1863502 . PMID  17456595. 
  28. ^ Brown AK, Taylor RC, Bhatt A, Fütterer K, Besra GS (2009). Ahmed N (ed.). "Actividad de platensimicina contra β-cetoacil-ACP sintasas de micobacterias". MÁS UNO . 4 (7): e6306. Código Bib : 2009PLoSO...4.6306B. doi : 10.1371/journal.pone.0006306 . PMC 2707616 . PMID  19609444. 
  29. ^ Viader-Salvadó JM, Garza-González E, Valdez-Leal R, del Bosque-Moncayo MA, Tijerina-Menchaca R, Guerrero-Olazarán M (julio de 2001). "Método de susceptibilidad al índice de ácido micólico para Mycobacterium tuberculosis". J.Clin. Microbiol . 39 (7): 2642–5. doi :10.1128/JCM.39.7.2642-2645.2001. PMC 88200 . PMID  11427584. 
  30. ^ He X, Mueller JP, Reynolds KA (junio de 2000). "Desarrollo de un ensayo de proximidad de centelleo para la proteína transportadora beta-cetoacil-acil sintasa III". Anal. Bioquímica . 282 (1): 107–14. doi :10.1006/abio.2000.4594. PMID  10860506.
  31. ^ Corbett EL, Watt CJ, Walker N, Maher D, Williams BG, Raviglione MC, Dye C (mayo de 2003). "La creciente carga de la tuberculosis: tendencias globales e interacciones con la epidemia del VIH" (PDF) . Arco. Interno. Med . 163 (9): 1009–21. doi : 10.1001/archinte.163.9.1009 . PMID  12742798.
  32. ^ "Control mundial de la tuberculosis 2007". Organización Mundial de la Salud. 2007. Archivado desde el original el 2 de febrero de 2010 . Consultado el 2 de enero de 2010 .
  33. ^ "TB Alliance: un tratamiento obsoleto". Alianza Mundial para el Desarrollo de Medicamentos contra la Tuberculosis. Archivado desde el original el 13 de enero de 2010 . Consultado el 2 de enero de 2010 .
  34. ^ Casenghi M, Cole ST, Nathan CF (noviembre de 2007). "Nuevos enfoques para llenar el vacío en el descubrimiento de fármacos contra la tuberculosis". PLOS Med . 4 (11): e293. doi : 10.1371/journal.pmed.0040293 . PMC 2062479 . PMID  17988169. 
  35. ^ "TB Alliance - Cartera de medicamentos para la tuberculosis". Alianza Mundial para el Desarrollo de Medicamentos contra la Tuberculosis. Archivado desde el original el 13 de enero de 2010 . Consultado el 2 de enero de 2010 .
  36. ^ "Un nuevo estudio revela las limitaciones de un mercado mundial de medicamentos contra la tuberculosis complejo y desafiante". Centro de noticias de TB Alliance: comunicado de prensa . Alianza Mundial para el Desarrollo de Medicamentos contra la Tuberculosis. 2007-05-14 . Consultado el 2 de enero de 2010 .
  37. ^ "La economía del desarrollo de fármacos contra la tuberculosis" (PDF) . Alianza Mundial para el Desarrollo de Medicamentos contra la Tuberculosis. 2001 . Consultado el 2 de enero de 2010 .

Lectura adicional