La exo-α-sialidasa ( EC 3.2.1.18, sialidasa, neuraminidasa ; nombre sistemático acetilneuraminil hidrolasa ) es una glucósido hidrolasa que escinde los enlaces glicosídicos de los ácidos neuramínicos :
Las enzimas neuraminidasas son una gran familia que se encuentra en una variedad de organismos. La neuraminidasa más conocida es la neuraminidasa viral , un fármaco diana para la prevención de la propagación de la infección por influenza . La neuraminidasa viral fue la primera neuraminidasa identificada. Fue descubierto en 1957 por Alfred Gottschalk en el Instituto Walter y Eliza Hall de Melbourne . [1] Las neuraminidasas virales se utilizan con frecuencia como determinantes antigénicos que se encuentran en la superficie del virus de la influenza. Algunas variantes de la neuraminidasa de la influenza confieren más virulencia al virus que otras. Otros homólogos se encuentran en células de mamíferos, que tienen una variedad de funciones. Se han descrito al menos cuatro homólogos de sialidasa de mamíferos en el genoma humano (ver NEU1 , NEU2 , NEU3 , NEU4 ). Las sialidasas pueden actuar como factores patogénicos en infecciones microbianas. [2]
Hay dos clases principales de neuraminidasa que escinden los ácidos exo o endo polisiálicos:
Las sialidasas, también llamadas neuraminidasas, catalizan la hidrólisis de los residuos terminales de ácido siálico de los viriones recién formados y de los receptores de la célula huésped. [5] Las actividades de la sialidasa incluyen asistencia en la movilidad de partículas virales a través del moco del tracto respiratorio y en la elución de la progenie del virión de la célula infectada. [6] [7]
Swiss-Prot enumera 137 tipos de neuraminidasa de varias especies al 18 de octubre de 2006. [8] Se conocen nueve subtipos de neuraminidasa de influenza; muchos ocurren sólo en varias especies de patos y pollos. Los subtipos N1 y N2 se han relacionado positivamente con epidemias en humanos y se han identificado cepas con los subtipos N3 o N7 en varias muertes aisladas. [ cita necesaria ]
CAZy define un total de 85 familias de glicosilhidrolasas, de las cuales las familias GH34 (viral), GH33 (organismos celulares), GH58 (viral y bacteriana), GH83 (viral) son las principales familias que contienen esta enzima. GH58 es la única familia de acción endo. [9]
La siguiente es una lista de las principales clases de enzimas neuraminidasas: [ cita necesaria ]
La neuraminidasa de la influenza es una proyección en forma de hongo en la superficie del virus de la influenza. Tiene una cabeza que consta de cuatro subunidades coplanares y aproximadamente esféricas, y una región hidrofóbica que está incrustada en el interior de la membrana del virus. Consta de una única cadena polipeptídica que está orientada en dirección opuesta al antígeno de hemaglutinina . La composición del polipéptido es una cadena única de seis aminoácidos polares conservados, seguidos de aminoácidos variables hidrófilos. Las láminas β predominan como nivel secundario de conformación de proteínas. [ cita necesaria ]
La estructura de la trans-sialidasa incluye un dominio catalítico de hélice β , un dominio tipo lectina N- terminal y un dominio de cadena beta irregular insertado en el dominio catalítico. [10]
La reciente aparición de influenza humana A( H1N1 ) H274Y resistente a oseltamivir y zanamivir ha enfatizado la necesidad de sistemas de expresión adecuados para obtener grandes cantidades de neuraminidasa recombinante altamente pura y estable a través de dos dominios de tetramerización artificiales separados que facilitan la formación de homotetrámeros de neuraminidasa catalíticamente activos a partir de levadura y Staphylothermus marinus , que permiten la secreción de proteínas marcadas con FLAG y una mayor purificación. [11]
Taylor et al. han estudiado el mecanismo enzimático de la sialidasa del virus de la influenza, como se muestra en la Figura 1. El proceso de catálisis enzimática tiene cuatro pasos. El primer paso implica la distorsión del α-sialosido desde una conformación de silla 2 C 5 (la forma de menor energía en solución) a una conformación pseudoboat cuando el sialósido se une a la sialidasa. El segundo paso conduce a un intermediario oxocarbocatión, el catión sialosil. El tercer paso es la formación de Neu5Ac inicialmente como el anómero α, y luego la mutarotación y liberación como el β-Neu5Ac más termodinámicamente estable. [12]
Los inhibidores de la neuraminidasa son útiles para combatir la infección por gripe : zanamivir , administrado por inhalación; oseltamivir , administrado por vía oral; peramivir administrado por vía parenteral , es decir mediante inyección intravenosa o intramuscular; y laninamivir que se encuentra en ensayos clínicos de fase III. [ cita necesaria ]
Hay dos proteínas principales en la superficie de las partículas del virus de la influenza. Una es la proteína lectina hemaglutinina con tres sitios de unión al ácido siálico relativamente poco profundos y la otra es la enzima sialidasa con el sitio activo en una bolsa. Debido al sitio activo relativamente profundo en el que los inhibidores de bajo peso molecular pueden realizar múltiples interacciones favorables y métodos accesibles para diseñar análogos de estado de transición en la hidrólisis de sialósidos, la sialidasa se convierte en un fármaco antigripal más atractivo que la hemaglutinina. [13] Después de que las estructuras cristalinas de rayos X de varias sialidasas del virus de la influenza estuvieron disponibles, se aplicó el diseño del inhibidor basado en la estructura para descubrir inhibidores potentes de esta enzima. [14]
Se cree que el ácido siálico insaturado ( ácido N- acetilneuramínico [Neu5ac]), derivado del ácido 2-desoxi-2,3-dideshidro- D - N- acetilneuramínico (Neu5Ac2en), un análogo del estado de transición del catión sialosil (Figura 2), es el más Plantilla central inhibidora potente. Los derivados de Neu5Ac2en estructuralmente modificados pueden proporcionar inhibidores más eficaces. [15]
Se han sintetizado y probado muchos compuestos basados en Neu5Ac2en para determinar su potencial inhibidor de la sialidasa del virus de la influenza. Por ejemplo: Los derivados de Neu5Ac2en 4-sustituidos (Figura 3), 4-amino-Neu5Ac2en (Compuesto 1), que mostraron dos órdenes de magnitud mejor inhibición de la sialidasa del virus de la influenza que Neu5Ac2en5 y 4-guanidino-Neu5Ac2en (Compuesto 2), conocidos como Zanamivir, que ahora se comercializa como medicamento para el tratamiento del virus de la influenza, han sido diseñados por von Itzstein y sus colaboradores. [16] Megesh y sus colegas han informado que una serie de Neu5Ac2en modificados con C9 unidos a amida son inhibidores de NEU1. [17]
