Strukturna osnova transkripcije in transripcijske inhibicije v Mycobacterium tuberculosis

From Wiki FKKT

Osnovni članek: Structural Basis of Mycobacterium tuberculosis Transcription and Transcription Inhibition ^[1][1]

Tuberkuloza je ena izmed desetih najpogostejših vzrokov smrti na svetu. V leto 2015 je po svetu zanjo zbolelo 10,4 milijona ljudi, 1,8 milijona pa je za posledicami bolezni umrla. Z današnjim zdravljenjem preprečimo letno okrog 49 milijonov smrti.^[2] V Sloveniji za zdravila proti tuberkulozi porabimo letno 41031€.^[3] Vzrok bolezni je Mycobacterium tuberculosis in njej podobne vrste mikobakterij. Za zdravljenje sta najpogosteje uporabljena antibiotika isoniazid in rifampin, ki se pri zdravljenju kombinirata z ostalimi zdravili. V letu 2015 je bakterija pri 480 000 ljudeh razvila rezistenco proti več zdravilom, pri 100 000 ljudeh pa rezistenco proti rifampinu.

Delovanje rifampina

Rifampin je polsintetični derivat antibiotika rifamicina SV. Njegov mehanizem delovanja je inhibicija od DNA odvisne RNA polimeraze (RNAP) v Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Antibiotik ne inhibira sesalke RNA polimeraze.^[4]

Avtorji članka so s pomočjo strukturne biologije določili točen mehanizem delovanja rifampina. V ta namen so pripravili kristale RNAP, ki so vsebovali matrično DNA, nato pa so kristalom dodajali mono-, di- in triribonukleotide res rifampin v vseh kombinacijah. Rifampin se je v encim vezan na enako mesto, kjer se je vezal v doslej znanih strukturah pri Taq RNAP, Tth RNAP, and Eco RNAP. Struktura je pokazala interakcijo rifampina z aminokislinskimi ostanki β H526 in S531 prek vodikove vezi in z β D516 prek Van der Waalsovih interakcij. Ti trije ostanki so najpogosteje mutirani v rezistentnih oblikah. Strukture z rifampinom in oligonukleotidi so pokazali, da rifampin sterično ovira tvorbo RNA daljše od dveh nukleotidov.

Iskanje drugih inhibitorjev RNAP

Iskanje je potekalo z avtomatskim testiranjem molekul iz knjižnice 114 000 spojin. Spojine so testirali s fluorescenčno zaznavo reakcije polimeraze s promotorsko DNA v ploščah s po 384 luknjicami. Test je odkril razred majhnih molekul, ki so inhibitorji RNAP: Nα-aroil-N-aril-fenilalaninamidov (AAP). Prototip tega razreda je molekula D-AAP1, ki se je izkazal za specifičnega inhibitorja Mtb RNAP in RNAP drugih mikobakterij, ki ne inhibira RNAP drugih bakterij človeških RNAP I, II in III.

Kristale RNAP so nasičili z raztopino D-AAP1 in njenim analogom, ki je imel dva ogljika zamenjana s selenom. Dobljena struktura je pokazala, da vezava ne poteka na enak način kot pri rifampinu, saj se D-AAP1veže na N končnem delu mostne vijačnice, ki poteka pod aktivnim mestom. Vezavno mesto predstavljajo trije žepi na površin, kar so dokazali z mutacijo aminokislin na teh mestih z alaninom, ki je privedla do rezistence.

Pomen raziskave

Razred majhnih molekul, ki inhibirorno vplivajo na RNAP predstavlja možnost novih zdravljenj proti rifampinu odporne tuberkuloze. Zaradi drugačnega mesta vezave in načina inhibicije z D-AAP1 kot z rifampinom se prvi lahko uporabi kot spojino vodnico pri načrtovanju in izdelavi antibiotikov. Ker bi bila za rezistenco proti obema spojinama potrebna dvojna mutacija bi bilo zdravilo s kombinacijo obeh spojin zelo učinkovito.

Viri

1. ↑ W. Lin, S. Mandal, D. Degen, K. Das, E. Arnold, in R. H. Ebright, „Structural basis of Mycobacterium tuberculosis transcription and transcription inhibition Authors“:, Mol. Cell, str. 1–11, 2017.
2. ↑ „WHO | Tuberculosis“, WHO, 2017. [Na spletu]. Dostopno: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs104/en/. [Dostopano: 24-apr-2017].
3. ↑ T. K. Rihtar in T. Albreht, „Poraba zdravil v Sloveniji v letu 2015“, Ljubljana, 2015.
4. ↑ „Rifampin medical facts from Drugs.com“. [Na spletu]. Dostopno: https://www.drugs.com/mtm/rifampin.html. [Dostopano: 25-apr-2017].