APROXIMACION BIOINFORMATICA A LA IDENTIFICACION DE DIANAS FARMACOLOGICAS EXPRESADAS DURANTE EL ESTADO DE LATENCIA
DE Mycobacterium tuberculosis
Christian Solis [email protected]
Universidad Nacional Mayor de SanMarcosFacultad de Farmacía y Bioquímica
Lima- Perú2003
Por Christian Solís Calero Facultad de Farmacía y Bioquímica. UNMSM, Octubre 2003
Indice
1. Introdución
- Bioinformática
- Genómica Mycobacterium tuberculosis
2. Antecedentes
3. Objetivos
4. Metodología
5. Resultados
6. Conclusiones
7. Agradecimientos
BioinformáticaBioinformática es la es la aplicación de la tecnología aplicación de la tecnología de la información a la de la información a la bioquímica y la biología bioquímica y la biología molecularmolecular
BIOINFORMÁTICA
Procesamiento Computacional
Procesamiento de SEÑALES
Procesamiento de DATOS
Procesamiento de CONOCIMIENTO
MUESTRAS DATOS PREDICCIONINFORMACION
Secuencia de aminoácidos
Estructura tridimensional
De Proteína
Secuencia correspondiente
a un gen
Secuencia de nucleótidos
(DNA)
Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosis
- Agente etiológico de la Tuberculosis, la enfermedad infecciosa que más muertes provoca en el mundo.
- La Tuberculosis es un complejo de Fenómenos microbiológicos e Inmunológicos que escapa a una definición simple.
- Nuevos Problemas:•Asociación con la infección del virus del SIDA •Resistencia a la acción de los farmacos.•El Mycobacterium tuberculosis es capaz de causar tanto un proceso agudo de enfermedad como una infección latente asintomática. un tercio de la población mundial puede estar infectada con el bacilo en este estado
Poca o ninguna hipersensibilidad.Negátividad con la tuberculina
Enfermedad sístemica progresiva y muerte
Infección en los alveolos
Los bacilos se multiplican y se movilizan hacia los ganglios linfáticos traqueobronquiales
De estos
91% sin enfermedad
6% TBC Clínica- 2% Pulmonar- 3% extratorácica- 1% ambos casos
3% Enfermedad sistémica Progresiva y Muerte.
Hipersensibilidad de tipo retardado e inmunidad mediada por célulasPositividad conla tuberculina
Se contiene la enfermedadSe contiene la enfermedadLas Bacterias viven pero no se multiplicanEl complejo de Ghon aparece en una fase temprana en el 15% de los casos
LATENCIA
Nuevos Fármacos
Vencer las resistencias
Vacunas
Genoma Genoma Nature 393, 537-544 (1998)
Mycobacterium Mycobacterium tuberculosistuberculosis
GENÓMICA
BIOINFORMATICA
PROTEÓMICA
BIOLOGIAESTRUCTURAL
ANTECEDENTES
- Publicación del genóma de Mycobacterium tuberculosis Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence. S. T. Cole, y Col Nature 393, 537-544 (1998)
- McKinney, J y Col (2000) señalan que la latencia esta asociada a la expresión del gen para la isocitrato liasa que es esencial para el metabolismo de los ácidos grasos. Nature, 2000; 406: 735-38.
- Glickman, M. Y Col (2000) encuentran una relación directa entre la latencia y la expresión de un gen involucrado en la síntesis de anillos de ciclopropano del ácido micólico. Mol. Cell., 2000; 5: 1-20.
OBJETIVOS
- Hacer un inventario de las posibles dianas farmacológicas relacionadas al estado de latencia de Mycobacterium tuberculosis.
- Evaluar la factibilidad de las posibles dianas farmacológicas en base al análisis del genóma del Mycobacterium tuberculosis.
- Predecir y evaluar las estructuras tridimensionales de las posibles dianas farmacológicas usando herramientas bioinformáticas.
Información Bibliográfica
Medline
Posibles Dianas Farmacológicas
Secuencias de aminoácidos
Entrez
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
METODOLOGIA Análisis GenómicoAnálisis Genómico
KEGG Biblioteca de Genes y Genómas
Fasta ZTubercuList Web Server
Fasta outputFasta outputRegiones del genóma de M tuberculosis similares al gen de la posible Diana
Fasta outputFasta outputRegiones de otros genomas similares al gen de la posible Diana
Fasta Z
Predicción Estructura 3DPredicción Estructura 3D
3D-pssm
Módelado por Homología
Si/NoMódelado por
Threading
Módelo 3D
SWISS-MODEL
3D
NCBI
Blast-P
National Center for Biotechnology Information U.S. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomeshttp://www.kegg.com/
TubercuList World-Wide Web Server. Institut Pasteur, 1999-2001 http://genolist.pasteur.fr/TubercuList/
3D-PSSM Protein Fold Recognition (Threading) Serverhttp://www.sbg.bio.ic.ac.uk/~3dpssm/
GEN PROTEINA AccesoEstructura
tridimensional Antagonista conocido Expresión/Función
dapB Dihidrodipicolinato reductasa NP_217289 Si Sulfonamidas
Biosíntesi de diaminopimelato
wbbL ramnosil transferasa CAB07092 No No conocido
crecimiento de la bacteria/capa de arabinogalactano
Rv3264c
D-manosa-1-fosfato guanidiltransferasa
CAC30262 No No conocido
crecimiento de la bacteria/capa de arabinogalactano
acpM
AcpM ( acyl carrier protein del patógeno). NP_216760 Si Isoniazida
Llevar los intermediarios de las enzimas del sistema FasII
InhA enoil-ACP reductasa NP_216000 Si Isoniazida
KasA
beta-cetoacil-ACP sintasa CAA94641 SiIsoniazida, cerulenina y
tiolactomicinaParte Operon sistema FAS II (elongar los
productos de FAS I)
KasB beta-cetoacil-ACP sintasa NP_216762 Nocerulenina y
tiolactomicina
Parte Operon sistema FAS II (elongar los productos de FAS I)
pks2 Síntesis de ácidos grasos con múltiples ramificaciones de grupos
metilNP_218342
No
Se expresa en aquellas cepas de M.tuberculosis capaces de proliferar en macrófagos
FBPB Antígeno 85B/micoliltransferasas P31952 Si
La síntesis de la pared/localización extracelular
fbpC antígeno 85C/micoliltransferasas
P31953
Si CMAA2
Acido micolico ciclopropano sintasa (CMAS) Q11196
Si
introducción de cis-ciclopropano en dos posiciones de la cadena alfa-alquil de los ácidos micólicos
mtfabDmalonil CoA-ACP transacetilasa
(MCAT). NP_855916 No
biosíntesis de ácidos grasos
EmbA P72060 No
EmbBsíntasa de la porción arabinán de
la fracción de arabinogalactán NP_218312
No Etambutol
biosíntesis de la fracción galactán del complejo micolil-arabinogalactán
Rv3808c(glft) UDP-galactofuranosiltransferasa CAA17872No
No conocido
Síntetasa de ácdo micolicos NP_214984 Si No conocidoumaA2
biosíntesis de la fracción galactán del complejo micolil-arabinogalactán
síntasa de la porción arabinán de la fracción de arabinogalactán
No conocido
No conocido
No conocido
No conocido
No conocido
No conocido
DIANAS DE PARED
Esencial
Esencial
elongación de ácidos grasos FASII
GEN PROTEINA Acceso Estructura tridimensional
Antagonista conocido Expresión/Función
cluster génico narGHIJ (ej: NarG)
Complejo nitrato reductasa NP_215677 No No conocido
proteínas respiratorias/vías de respiración del nitrato
hmp
Dioxigenasa que cataliza la transformación del NO a nitrato NP_857241 No No conocido respuesta al estrés
acr la alfa-cristalina AAM69206 No No conocido
Condiciones Anaerobias / asociada al engrosamiento de la pared, estabilizando así la estructura celular
aceAIsocitrato liasa (ICL) NP_336424 Si No conocido
adaptación a las condiciones de microaerofilia/imprescindible para el mantenimiento del estado de latencia
glcB Malato sintetasa CAB01465 Si No conocido
KatG Catalasa-peroxidasa
Q08129 No No conocido defensa antioxidante/oxida la Isoniazida
DIANAS PROPIAS DEL ESTADO DE LATENCIA
adaptación a las condiciones de microaerofilia
GEN PROTEINA AccesoEstructura
tridimensionalAntagonista conocido Expresión/Función
NusAfactor de trascripción (de elongación) CAB08449 Si
Se une a la RNA polimerasa regulación transcripción rRNA.
No conocido
Rv2276
citocromo P450 (monooxigenasa) Q59571 Si
Miconidazol, Clotrimazol
Degradación de ciertos compuestos xenobióticos
No conocido
EfpA bomba de protonesNP_217362
No Expresión es inducida en presencia de Isoniazida
Fola Dihidrofolato reductasa O33305 SiNo conocido
Esencial para la síntesis de nucleótidos y varios aminoácidos (como met, ser y gly);
quinolquinolonic-ácido ribosiltransferasa (QAPRTasa)
No conocido
enzima clave para la biosíntesis del NAD
OTRAS POSIBLES DIANAS FARMACOLÓGICAS
RESULTADOS
Posición en la secuencía de aa
Posición en le genóma de M tuberculosis Z-score E value
acr01--86 764.7 8.80E-41
302485-302366
aceACristalografia2160461-2161345
174-275 276 1.40E-13
2086979-2084757 Cristalografia
KatG 1-740 7142.9 0.00E+00
Hmp1-358 4012414-4013487 1608.8 8.40E-88
narG1-1232 1287326-1291021
Gen
Segmentos de nucleótidos con similaridad Parametros Fasta Z Modelaje de estructura 3D
2278849-2278592Modelaje comparativo26-61 101.8 0.00073
295-608 2161342-2162283 1637.8 2.00E-89
1-295 1512.5 1.90E-82
557972-558277
glcB 1-741 7304.5 0.00E+00
2156109-2153890
Modelaje comparativo17-357 3993707-3994732 274.4 1.80E-13
2231.8 1.70E-122 Modelaje comparativo
1-281 1964184-1963354 464 4.90E-24
Búsqueda de secuencias similares en el Genóma de Mycobacterium tuberculosis
2 regionesSimilares
Threading
Regiones en el genóma con alta similaridad
OUTPUT DEL THREADING3D-PSSM Protein Fold Recognition (Threading)
Server
PERSPECTIVAS
Bases de Datos secundarias
Bloques de secuencia
Conservados
Secuencias de aminoácidos ProDom
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
ACTCGTCGTCGTCAATCCCGACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGCACTCGTCGTCGTCAATCCCGGTACTTCGACGTCACTGC
Análisis GenómicoAnálisis Genómico
BUSQUEDA EN OTROS GENOMAS Fasta Z
Zonas de la estructura 3DImportantes
Presencia de secuencias Similares
-Información Cualitativa-Constante de acoplamineto Ki.
ChemoinformáticaChemoinformática
Sculpt
LigandosNaturales
Ensayos computacional
de Docking
Módelo 3D
AMBER
PubMed Modelaje molecularAB initio
Módelo 3D Proteína
LigandosSintéticos
Sitio Activo
FARMACOGENÓMICA
Diseño de Drogas en Base a laEstructura tridimensional de la Diana farmacológica
CONCLUSIONES
1. Los genes aceA, glcB, NarG, acr, y KatG de Mycobacterium tuberculosis presentan secuencias de nucleótidos unicas en el genóma poco similares a otras regiones del mismo genoma.
2. El gen hmp presenta dos segmentos de nucleótidos altamente similares en el genoma de Mycobacterium tuberculosis H37Rv , (que posiblemente codifiquen isoenzimas capaces de catalizar la misma reacción, lo que dificultaría el hallar un inhibidor para esta actividad catalítica).
3. La disponibilidad de las estructuras tridimensionales obtenidas experimentalmente o por modelaje molecular comparativo de las proteínas seleccionadas como relacionados al estado de latencia, hace viable la obtención y evaluación computacional de ligandos (posibles farmacos) para estas proteínas.
• Este trabajo de Investigación se realiza gracias al apoyo y auspicio de las siguientes Instituciones:
Facultad de Farmacía y Bioquímica
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
La Fundación Carolina de España
FundaciónCarolina
Añay