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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2020.tde-29092020-091852
Documento
Autor
Nome completo
Érika Chang de Azevedo
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2020
Orientador
Banca examinadora
Nascimento, Alessandro Silva (Presidente)
Araujo, Alexandre Suman de
Guido, Rafael Victório Carvalho
Honorio, Káthia Maria
Scott, Ana Lígia Barbour
Título em português
UDP-N-acetilglicosamina 2-epimerase de Staphylococcus aureus: estrutura, dinâmica e prospecção de novos ligantes
Palavras-chave em português
Staphylococcus aureus
Ácidos teicóicos de parede
Antibióticos beta-lactâmicos
MRSA
UDP-Nacetilglicosamina 2-epimerase
Resumo em português
A bactéria Gram-positiva Staphylococcus aureus é uma causadora importante de infecções resistentes a antibióticos nos sistemas de saúde em todo o mundo. Tem sido demonstrado que os ácidos teicóicos de parede (WTA) pode ser um alvo importante para o desenvolvimento de fármacos que combatem infecções resistentes, em especial aos antibióticos beta-lactâmicos. A enzima UDP-N-acetilglicosamina (UDP-GlcNac) 2-epimerase ou MnaA de S. aureus, é uma das primeiras enzimas que compõe a via de biossíntese da WTA. Neste trabalho, simulações de dinâmica molecular detalhadas utilizando a estrutura cristalográfica da enzima foram realizadas para caracterizar as mudanças conformacionais que ocorrem devido à presença ou ausência do cofator UDP e do substrato UDP-GlcNac. Utilizando diferentes técnicas de simulação, como dinâmicas moleculares aceleradas pela adição de um potencial enviesado (ABMD) e pela adição de potenciais gaussianos ao potencial total ou de diedro do sistema (GAMD), foi possível acessar o perfil energético para a proteína com e sem ligantes. Os dados obtidos em mais de 32 µs de dinâmica molecular indicam que os aminoácidos presentes no sítio ativo e carregados positivamente têm papel fundamental no movimento de fechamento entre os domínios e na manutenção do substrato no sítio catalítico. Além disso, foi possível concluir que a proteína apresenta um perfil energético dinâmico, que é modificado pela presença das moléculas de UDP/UDP-GlcNac e que fornece indícios sobre o mecanismo de entrada do substrato e saída do produto. Para a busca de ligantes e possíveis inibidores da enzima, foram realizados experimentos de docagem molecular, onde foram encontrados 17 possíveis ligantes. Para a realização dos testes in vitro, a proteína recombinante foi produzida e testada em ensaios de DSF e DSF quantitativo com a adição do substrato e das moléculas selecionadas no processo de docagem. Foi identificada a interação entre a enzima MnaA e o beta-lactâmico ticarcilina, abrindo a possibilidade de uma nova farmacodinâmica associada a este antibiótico, o qual já é utilizado comercialmente.
Título em inglês
Staphylococcus aureus UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase: structure, dynamics and ligand prospection
Palavras-chave em inglês
Staphylococcus aureus
Beta-lactam antibiotics
MRSA
UDP-N-acetylglucosamine 2- epimerase
Wall teichoic acid
Resumo em inglês
Staphylococcus aureus (a Gram-positive bacteria) is a major cause of antibiotic-resistant infections in healthcare systems worldwide. It has been shown that the wall teichoic acid (WTA) presents an important target for the development of drugs that fight resistant infections, especially beta-lactam antibiotics. An UDP-N-acetylglycosamine (UDP-GlcNac) 2-epimerase enzyme (or MnaA) from S. aureus, is one of the first enzymes of the WTA biosynthesis pathway. In this work, simulations of molecular dynamics were performed using the crystallographic structure of the enzyme to characterize conformational changes as they occur due to the presence or absence of the UDP (cofactor) and the UDP-GlcNac (substrate). Using different simulation techniques, such as accelerated molecular dynamics by adding a biased potential (ABMD) and adding Gaussian potentials to the total or dihedral potential of the system (GAMD), it was possible to access the energy profile of the systems with and without ligands. The data collected in more than 32 µs of simulation allowed us to analyze the role of the positively charged amino acids present in the active in the movement between the domains and in the maintenance of the substrate in the catalytic site. Also, the protein has an active energy profile which is modified by the presence of UDP / UDP-GlcNac molecules and could lead to understanding the mechanisms in which the substrate enters and/or exits the active site. A search for ligands and possible inhibitors was carried out using the LiBELA docking software, where 17 possible ligands were found. In vitro tests were made using the recombinant protein in differential scanning fluorimetry (DSF) and quantitative DSF (qDSF) assays. An interaction between MnaA and the beta-lactam antibiotic, ticarcillin, was found, leading to the possibility of a new pharmacodynamics associated with this drug, that is already commercially available.
 
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Data de Publicação
2020-10-06
 
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