Especificidade de substrato e mecanismo cinético da enzima fosforilase de nucleosídeos purínicos de Mycobacterium tuberculosis

Abstract

A tuberculose humana (TB), causada pelo Mycobacterium tuberculosis, continua sendo uma ameaça à saúde pública no mundo, tendo resistido às tentativas da história da humanidade em derrotar a consumição. A emergência de cepas resistentes a drogas levaram à urgente necessidade do desenvolvimento de novos compostos anti-TB. Estes agentes quimioterápicos podem ser desenhados baseados em vias metabólicas que sejam essenciais ao patógeno. Há uma necessidade contínua de estudos do metabolismo micobacteriano, como tentativa de identificar enzimas de relevância biológica, uma vez que estas podem representar alvos promissores para o desenvolvimento de novos agentes anti-TB. A fosforilase de nucleosídeos purínicos de M. tuberculosis (MtPNP), uma enzima chave da rota de salvamento de purinas, foi recentemente proposta como sendo essencial para a sobrevivência micobacteriana. Foi sugerido que esta enzima possa desempenhar um papel no processo de latência. Entretanto, não houve nenhum relato sobre o mecanismo enzimático e especificidade de substrato de MtPNP. No presente trabalho, demonstramos que MtPNP é mais específica por 2'-desoxiguanosina (2dGuo) e não catalisa a fosforólise de adenosina. Dados de velocidade inicial, inibição por produto e ligação em equilíbrio sugerem que MtPNP catalisa a fosforólise de 2dGuo por um mecanismo cinético ordenado em estado estacionário do tipo bi bi, onde o fosfato inorgânico liga-se primeiro, seguido pela ligação de 2dGuo para formar o complexo ternário cataliticamente competente, e ribose 1-fosfato é o primeiro produto a se dissociar, seguido pela guanina. Dados de cinética em estado pré-estacionário indicam que a liberação de produto é o passo limitante da velocidade para a reação catalisada por MtPNP. Os resultados aqui descritos deverão ser úteis para o desenho de inibidores de MtPNP com potencial ação contra M. tuberculosis.

Human tuberculosis (TB), caused by Mycobacterium tuberculosis, remains a public health threat worldwide, resisting through the historic attempts of humanity on defeating consumption. The emergence of drug-resistant strains has led to an urgent need for the development of new anti-TB compounds. These chemotherapic agents can be designed based on metabolic pathways which are essential for the pathogen. There is a continuous requirement for studies on mycobacterial metabolism, as an attempt to identify enzymes of biological significance, as these might represent promising targets for the development of new anti-TB agents. M. tuberculosis purine nucleoside phosphorylase (MtPNP), a key enzyme of the purine salvage pathway, has been recently proposed to be essential for mycobacterial survival. It has been suggested that this enzyme may play a role in the latency process. However, there has been no report on MtPNP enzyme mechanism and substrate specificity. In the present work, we demonstrate that MtPNP is more specific to 2'-deoxyguanosine (2dGuo) and does not catalyze the phosphorolysis of adenosine. Initial velocity, product inhibition and equilibrium binding data suggest that MtPNP catalyzes 2dGuo phosphorolysis by a steady-state ordered bi bi kinetic mechanism, in which inorganic phosphate binds first followed by 2dGuo binding to form the catalytically competent ternary complex, and ribose 1-phosphate is the first product to dissociate followed by guanine. Pre-steady-state kinetic data indicate that product release is the ratelimiting step for MtPNP-catalyzed reaction. The results described here should be useful to the design of MtPNP inhibitors with potential action against M. tuberculosis.