Estudos bioquímicos da enzima GMP sintase (EC 6.3.5.2) de Mycobacterium Tuberculosis H37RV como primeiro passo para a obtenção de amostras atenuadas

Abstract

Aproximadamente 1/3 da população mundial está infectada com o Mycobacterium tuberculosis, agente etiológico da tuberculose humana (TB). A incidência global e o constante aumento da resistência às drogas tornam evidente a urgente necessidade do desenvolvimento de novas drogas, para o tratamento, e vacinas, para a prevenção desta doença. As enzimas das vias metabólicas fundamentais são vistas como atrativos alvos moleculares definidos. A enzima guanosina monofosfato sintase (GMPS), uma amidotransferase do tipo G, catalisa a aminação da xantosina monofosfato (XMP) à guanosina monofosfato (GMP), em uma reação que ocorre em dois domínios, o glutamina amidotrasferase e o adenosina trifosfato (ATP) pirofosfatase, onde ocorre o ataque do intermediário altamente reativo adenil-XMP, levando a formação de GMP. O gene guaA (Rv3396c), o qual codifica a enzima GMPS, foi identificado por homologia de sequência no genoma de M. tuberculosis H37Rv. Nós evidenciamos que a formação do adenil-XMP causa uma inibição da enzima pelo aumento dos níveis de ATP e XMP. Além disso, a GMPS de M. tuberculosis (MtGMPS), apresentou um comportamento alostérico na variação dos níveis de XMP, demonstrando cooperatividade positiva e diferentes aspectos cinéticos dos já reportados para as enzimas de humanos e Escherichia coli. O mecanismo ping-pong foi proposto com base nos resultados evidenciados pela liberação de pirofosfato (PPi) depois da ligação da amônia, corroborando com os dados previamente publicados para outras GMPSs. Nossos resultados podem ser úteis por revelar o papel desta enzima no metabolismo de purinas do M. tuberculosis, fornecendo conhecimento para o desenvolvimento de novas drogas e vacinas para o tratamento e prevenção, respectivamente.

Approximately one-third of the world’s population is infected with Mycobacterium tuberculosis, the aetiological agent of human tuberculosis (TB). As global incidence of drug-resistance constantly increases, the urgent need for developing new anti-TB drugs and vaccines becomes more evident. Component enzymes of fundamental metabolic pathways seem to be attractive as define molecular targets. Guanosine monophosphate synthase (GMPS), a G-type amidotransferase, catalyzes the amination of xanthosine monophosphate (XMP) to guanosine monophosphate (GMP) in a reaction that occurs in two domains, the glutamine amidotransferase and the ATP pyrophosphatase, where it attacks a highly reactive adenyl-XMP intermediate, leading to GMP formation. The guaA (Rv3396c) gene, which codes for GMPS, was identified by sequence homology in the M. tuberculosis H37Rv genome. We evidenced that adenyl-XMP formation causes enzyme inhibition by increase of ATP and XMP levels. In addition, M. tuberculosis GMPS (MtGMPS) displays an allosteric behavior to XMP variation, demonstrating positive cooperativity and different kinetic aspects from that reported for human and Escherichia coli enzymes. The proposed ordered mechanism of substrates binding, which results in the release of pyrophosphate before binding ammonia showed to be the same to other GMPSs. Our results on MtGMPS might be useful to reveal its role in M. tuberculosis purine metabolism, providing knowledge for the development of new drugs and vaccines to treat and prevent TB, respectively.