Estudo da flexibilidade da enzima InhA (EC 1.3.1.9) de Mycobacterium tuberculosis por simulações de dinâmica molecular

Abstract

A enzima InhA de Mycobacterium tuberculosis, ou 2-trans-enoil-ACP (CoA) redutase (EC 1.3.1.9) é codificada pelo gene inhA. Esta proteína realiza a quarta etapa da via de síntese de ácidos graxos tipo II (FAS II), a qual consiste de enzimas monofuncionais, responsáveis por alongar precursores de ácidos graxos produzindo longas cadeias de carbono do ramo meromicolato de ácidos micólicos. A InhA é responsável por converter 2-trans-enoil-ACP para acil-ACP por meio da transferência de um hidreto (H-) do NADH para a posição C3 do substrato 2-trans-enoil-ACP, resultando na redução da ligação dupla α tio éster (entre C2 e C3) da porção lipídica do substrato. Esta reação pode ocorrer em cadeias carbônicas que variam de 16 a 56 carbonos, evidenciando a flexibilidade tanto da cavidade de ligação ao substrato quanto da estrutura desta enzima. A topologia desta enzima se assemelha a uma cadeira (chair-like) do tipo Rossmann, caracterizada por uma folha β contendo sete fitas e oito hélices α, numa arquitetura αβα sanduíche, que forma o sítio de ligação da coenzima NADH e a cavidade de ligação do substrato. Essa cavidade, por sua vez, é formada por três alças estruturais: alças A e B e a alça de ligação ao substrato. Essa composição estrutural é de fundamental importância para o funcionamento da InhA, pois, deve ser flexível o suficiente para permitir a adaptabilidade da InhA a substratos de tamanho variável. O estudo sobre a flexibilidade desta enzima é relevante para se ter o conhecimento de quais fatores podem estar envolvidos no processo de abertura e fechamento da sua cavidade de ligação. Nesta dissertação é utilizado método computacional, por meio de simulações por Dinâmica Molecular, para avaliar a flexibilidade da cavidade de ligação do substrato da enzima InhA e analisar as respectivas mudanças conformacionais.

The enzyme InhA of Mycobacterium tuberculosis, or 2-trans-enoyl-ACP (CoA) reductase (EC 1.3.1.9) is encoded by the inhA gene. This protein performs the fourth step of the pathway of synthesis of type II fatty acid (FAS II), which consists of monofunctional enzymes responsible for fatty acid precursor’s elongation producing long carbon chains of the meromycolate branch of mycolic acids. InhA converts 2-trans-enoyl-ACP to acyl-ACP by means of a hydride (H-) the transfer from NADH to the C3 position of the 2-trans-enoyl-ACP substrate, resulting in reduction of the double α-thioester bond (between C2 and C3) of the substrate´s lipid portion. This reaction can occur in a carbon chain ranging from 16-56 carbons. This substrate sizes’ range highlights the importance of the substrate binding cavity flexibility for InhA proper functioning. The topology of this enzyme is hair-like, characterized by a seven-strand β-sheet and eight α-helices, in a αβα sandwich architecture, forming the NADH coenzyme-binding site and the substrate-binding cavity. This cavity, in turn, is formed by three structural loops: loops A and B, and the substrate-binding loop. This structural composition is of fundamental importance for the functioning of InhA. It must be flexible enough to allow adaptation to substrates of varying sizes. Investigation of this flexibility is paramount for a better comprehension of which conformational features may be involved in the opening and closing events of its substrate-binding cavity. In this work, a computational method is used, through Molecular Dynamics simulations, to evaluate the flexibility of the substrate-binding cavity of the InhA enzyme and analyze the respective conformational changes.