Estudo estrutural e comparativo entre Sirtuínas 2 de diferentes espécies de Leishmania / Structural and comparative study between Sirtuins 2 of different species of Leishmania by means of Comparative Modeling and Molecular Dynamic

RESUMO

As leishmanioses são doenças negligenciadas que afetam mais de um bilhão e meio de pessoas ao redor do mundo, principalmente nos países em desenvolvimento, provocando grandes impactos socioeconômicos. Os fármacos disponíveis para o tratamento dessas doenças são ineficazes e apresentam graves efeitos adversos. O processo de pesquisa de novos fármacos envolve, entre outras coisas, a seleção de alvos bioquímicos essenciais para a sobrevivência e desenvolvimento do agente causador. Neste sentido, a Sirtuína 2, uma enzima epigenética com atividade hidrolase essencial para a sobrevivência dos parasitas do gênero Leishmania se apresenta como um alvo validado na busca de novos fármacos contra essas parasitoses. O planejamento de fármacos baseado na estrutura do receptor requer o conhecimento da estrutura tridimensional da proteína alvo. Desta forma, a elucidação estrutural e um estudo minucioso das Sirtuínas das várias espécies do gênero Leishmania apresenta-se como uma importante abordagem na aplicação desta estratégia na busca por agentes quimioterápicos. Até o momento, na família Trypanosomatidae, a única estrutura tridimensional resolvida experimentalmente de uma enzima Sirtuína 2 é a da espécie L. infantum. Assim, este trabalho aplicou a abordagem de Modelagem Comparativa utilizando o software Modeller na construção de modelos da Sir2rp1 das espécies L. infantum, L. major e L. braziliensis, cujas sequências de aminoácidos foram extraídas do banco de dados UNIProt. Os modelos construídos foram validados por meio da função de escore DOPE do Modeller e dos servidores PROCHECK, MolProbity e QMEAN, avaliando sua qualidade estereoquímica e seu enovelamento. Os ligantes naturais da enzima foram sobrepostos nos modelos construídos por alinhamento estrutural utilizando o software PyMol e os complexos validados foram submetidos a simulações de Dinâmica Molecular através do pacote GROMACS. Os complexos refinados foram então analisados por meio dos softwares PyMol e LigPlotPlus e dos pacotes GROMACS e gmx_MMPBSA, e foram estudados os sítios de ligação dos substratos e os resíduos de aminoácidos relevantes envolvidos em sua ligação e reconhecimento. A Modelagem Comparativa da Sirtuína 2 humana e seus homólogos das espécies L. infantum, L. major e L. braziliensis, as simulações de Dinâmica Molecular realizadas com os modelos enzimáticos construídos e validados complexados com seus ligantes naturais, os cálculos de energia de interação entre os modelos e seus substratos e o estudo estrutural comparativo realizado entre eles nos fornecem uma base teórica para a busca de novos inibidores da Sirtuína 2 que sejam mais seletivos e potentes contra as enzimas parasitárias, abrindo caminho para o desenvolvimento de candidatos a fármacos leishmanicidas mais seguros e eficazes

ABSTRACT

Leishmaniasis are neglected diseases that affect more than one and a half billion people around the world, mainly in developing countries, causing major socioeconomic impacts. The drugs available for the treatment of these diseases are ineffective and have serious adverse effects. The process of researching new drugs involves, among other things, the selection of biochemical targets essential for the survival and development of the causative agent. In this sense, Sirtuin 2, an epigenetic enzyme with hydrolase activity essential for the survival of parasites of the Leishmania genus, presents itself as a validated target in the search for new drugs against these parasites. Structure-Based Drug Design requires knowledge of the three-dimensional structure of the target protein. In this way, structural elucidation and a detailed study of Sirtuins from various species of the genus Leishmania presents itself as an important approach in the application of this strategy in the search for chemotherapeutic agents. To date, in the Trypanosomatidae family, the only experimentally resolved three-dimensional structure of a Sirtuin 2 enzyme is that of the species L. infantum. Thus, this work applied the Comparative Modeling approach using the Modeller software in the construction of Sir2rp1 models of the species L. infantum, L. major and L. braziliensis, whose amino acid sequences were retrieved from the UNIProt database. The constructed models were validated using Modeller's DOPE score function and the PROCHECK, MolProbity and QMEAN servers, evaluating their stereochemical quality and folding. The enzyme's natural ligands were superimposed on the built models by structural alignment using the PyMol software and the validated complexes were subjected to Molecular Dynamics simulations using the GROMACS package. The refined complexes were then analyzed using the PyMol and LigPlotPlus softwares and the GROMACS and gmx_MMPBSA packages, and the substrate binding sites and relevant amino acid residues involved in their binding and recognition were studied. The Comparative Modeling of human Sirtuin 2 and its homologues from the species L. infantum, L. major and L. braziliensis, the Molecular Dynamics simulations carried out with the constructed and validated enzymatic models complexed with their natural ligands, the interaction energy calculations between the models and their substrates and the comparative structural study carried out between them provide us with a theoretical basis for the search for new Sirtuin 2 inhibitors that are more selective and potent against the parasitic enzymes, paving the way for the development of safer and more effective leishmanicidal drug candidates