Bioquímicos descobrem uma nova subclasse de enzimas na biossíntese de lanthipeptídeos antimicrobianos

Bioquímicos da Universidade Nacional de Singapura (NUS) descobriram uma nova subclasse de enzimas trifuncionais em bactérias gram-positivas, que desempenham um papel crítico na biossíntese de um lanthipeptídeo antimicrobiano.

Lantipeptídeos são um grupo de peptídeos sintetizados ribossomicamente e modificados pós-tradução (RiPPs) sintetizados por bactérias gram-positivas em resposta ao estresse ambiental. São biomoléculas importantes com funções que incluem efeitos antibacterianos, antifúngicos e antivirais e possuem potencial promissor para o desenvolvimento de novos medicamentos.

Apesar do seu significado terapêutico, o mecanismo subjacente à modificação pós-tradução de uma classe particularmente robusta destes péptidos permanece largamente inexplorado.

Usando uma combinação de bioinformática, microscopia crioeletrônica (cryoEM) caracterização estrutural e ensaios funcionais, a equipe de pesquisa liderada pelo professor assistente Luo Min do Departamento de Ciências Biológicas da NUS caracterizou uma subclasse distinta de enzimas de modificação de lanthipeptídeos.

Essas enzimas são responsáveis ​​por reconhecer o precursor do lanthipeptídeo e instalar sequencialmente uma série de modificações pós-traducionais, alterando o peptídeo em sua conformação funcional.

Em explicit, eles relataram a primeira modificação do lanthipeptídeo homodimérico enzimaPneKC da espécie de bactéria Streptococcus Pneumonae. A análise estrutural da enzima revelou uma região crítica, ou “hotspot de dimerização”, onde duas partes da enzima se unem para formar um dímero. Quando esta região sofreu mutação, a enzima perdeu a capacidade de formar esta estrutura dimérica.

As descobertas foram publicado no diário Comunicações da Natureza.

Ensaios funcionais mostraram que o dímero da enzima se autorregula através de um mecanismo denominado cooperatividade negativa. Neste processo, quando um substrato se liga à metade (protômero) do dímero, desencadeia uma mudança em sua forma. Esta alteração é transmitida através da interface de dimerização para o protômero não ligado, controlando efetivamente sua atividade.

A equipe também descobriu os estágios iniciais do reconhecimento de peptídeos e propôs um conjunto de resíduos catalíticos anteriormente não identificados, que são aminoácidos específicos dentro do sítio ativo da enzima que facilitam diretamente a etapa closing da modificação do peptídeo. Estes resíduos catalíticos desempenham um papel essential na condução do passo de ciclização, um passo chave que permite ao péptido amadurecer na sua forma activa como um lanthipéptido.

Este passo permaneceu por muito tempo um mistério nesta classe de enzimas, e a identificação destes resíduos catalíticos fornece uma peça crítica do quebra-cabeça, melhorando a nossa compreensão de como estas enzimas facilitam as modificações complexas essenciais para a biossíntese de lantipeptidos.

Após esta descoberta, a Sra. Yifan Li, Ph.D. candidato na equipe de pesquisa e primeiro autor deste artigo, está agora focado em descobrir os próximos estágios da modificação do lanthipeptídeo. O seu trabalho atual visa compreender os processos subsequentes de maturação e a farmacodinâmica destes lantipeptidos recentemente identificados, com o objetivo de avançar nas suas potenciais aplicações terapêuticas.

O professor Luo disse: “Nosso estudo atual melhorou significativamente nossa compreensão dos processos dinâmicos subjacentes ao reconhecimento de peptídeos e à coordenação de domínio nas enzimas de modificação de lanthipeptídeos. Além disso, considerando o alto potencial dos lanthipeptídeos em aplicações antimicrobianas, esses insights abrem o caminho para o desenvolvimento de lanthipeptídeos para fins antimicrobianos.”