F. Simona, D. M. A. Vera, A. Magistrato, P. Carloni, A. J. Vila, “Estudio computacional de una nueva métalo-b-lactamasa

F. SIMONA, D. M. A. VERA, A. MAGISTRATO, P. CARLONI, A. J. VILA,

Mar del Plata, Argentina

Congreso; XV SINAQO; 2005

Sociedad Argentina de Investigación en Química Orgánica (SAIQO)

Las bacterias pueden evitar la acción de los antibióticos más comúnmente utilizados (más del 50% del mercado actual son b-lactamas) por medio de la expresión deb-lactamas) por medio de la expresión de b-lactamasas, enzimas capaces de hidrolizar el anillo b-lactámico, tornando el antibiótico inactivo. Este mecanismo de defensa constituye una preocupación de proporciones crecientes, pues en la última década se identificaron más de 300 nuevas enzimas.[1] En particular, no existen aún inhibidores clínicamente útiles para las b-lactamasas metal dependiente o métalo b-lactamasas (en adelante MBLs). [1] Estudios computacionales anteriores resultaron útiles para empezar a comprender el mecanismo de acción de las MBL de amplio espectro, pertenecientes a las clases B1 y B3. [2] Al contrario de las especies B1 y B3, las MBLs de la clase B2 se caracterizan por su notable especificidad. Esta diferencia, junto con otras particularidades estructurales, indicaría que las MBLs B2 promueven un mecanismo enzimático diferente. [3] La enzima CphA (Aeromonas hydrophila) es el primer ejemplo de una MBL cristalizada en complejo con un sustrato natural (en este caso, un carbapeneme) y el primer miembro de clase B2 de MBLs cuya estructura se conoce. [3] Se llevaron a cabo cálculos de primeros principios (teoría del Funcional de la Densidad), empleando el funcional BLYP en el marco de Car-Parrinello [4] sobre i) el sitio activo de la CphA, ii) un complejo CphA-biapeneme y iii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. B-lactamasas, enzimas capaces de hidrolizar el anillo b-lactámico, tornando el antibiótico inactivo. Este mecanismo de defensa constituye una preocupación de proporciones crecientes, pues en la última década se identificaron más de 300 nuevas enzimas.[1] En particular, no existen aún inhibidores clínicamente útiles para las b-lactamasas metal dependiente o métalo b-lactamasas (en adelante MBLs). [1] Estudios computacionales anteriores resultaron útiles para empezar a comprender el mecanismo de acción de las MBL de amplio espectro, pertenecientes a las clases B1 y B3. [2] Al contrario de las especies B1 y B3, las MBLs de la clase B2 se caracterizan por su notable especificidad. Esta diferencia, junto con otras particularidades estructurales, indicaría que las MBLs B2 promueven un mecanismo enzimático diferente. [3] La enzima CphA (Aeromonas hydrophila) es el primer ejemplo de una MBL cristalizada en complejo con un sustrato natural (en este caso, un carbapeneme) y el primer miembro de clase B2 de MBLs cuya estructura se conoce. [3] Se llevaron a cabo cálculos de primeros principios (teoría del Funcional de la Densidad), empleando el funcional BLYP en el marco de Car-Parrinello [4] sobre i) el sitio activo de la CphA, ii) un complejo CphA-biapeneme y iii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. Bb-lactamasas metal dependiente o métalo b-lactamasas (en adelante MBLs). [1] Estudios computacionales anteriores resultaron útiles para empezar a comprender el mecanismo de acción de las MBL de amplio espectro, pertenecientes a las clases B1 y B3. [2] Al contrario de las especies B1 y B3, las MBLs de la clase B2 se caracterizan por su notable especificidad. Esta diferencia, junto con otras particularidades estructurales, indicaría que las MBLs B2 promueven un mecanismo enzimático diferente. [3] La enzima CphA (Aeromonas hydrophila) es el primer ejemplo de una MBL cristalizada en complejo con un sustrato natural (en este caso, un carbapeneme) y el primer miembro de clase B2 de MBLs cuya estructura se conoce. [3] Se llevaron a cabo cálculos de primeros principios (teoría del Funcional de la Densidad), empleando el funcional BLYP en el marco de Car-Parrinello [4] sobre i) el sitio activo de la CphA, ii) un complejo CphA-biapeneme y iii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. Bb-lactamasas (en adelante MBLs). [1] Estudios computacionales anteriores resultaron útiles para empezar a comprender el mecanismo de acción de las MBL de amplio espectro, pertenecientes a las clases B1 y B3. [2] Al contrario de las especies B1 y B3, las MBLs de la clase B2 se caracterizan por su notable especificidad. Esta diferencia, junto con otras particularidades estructurales, indicaría que las MBLs B2 promueven un mecanismo enzimático diferente. [3] La enzima CphA (Aeromonas hydrophila) es el primer ejemplo de una MBL cristalizada en complejo con un sustrato natural (en este caso, un carbapeneme) y el primer miembro de clase B2 de MBLs cuya estructura se conoce. [3] Se llevaron a cabo cálculos de primeros principios (teoría del Funcional de la Densidad), empleando el funcional BLYP en el marco de Car-Parrinello [4] sobre i) el sitio activo de la CphA, ii) un complejo CphA-biapeneme y iii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. BAeromonas hydrophila) es el primer ejemplo de una MBL cristalizada en complejo con un sustrato natural (en este caso, un carbapeneme) y el primer miembro de clase B2 de MBLs cuya estructura se conoce. [3] Se llevaron a cabo cálculos de primeros principios (teoría del Funcional de la Densidad), empleando el funcional BLYP en el marco de Car-Parrinello [4] sobre i) el sitio activo de la CphA, ii) un complejo CphA-biapeneme y iii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. Bi) el sitio activo de la CphA, ii) un complejo CphA-biapeneme y iii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. Biii) complejo CphA-biapeneme en una etapa intermedia de hidrólisis (basada en rayos X) a fin de determinar el estado de protonación y la distribución de carga y otras propiedades electrónicas y estructurales en combinación con estudios de dinámica molecular (empleando AMBER 98 con una parametrización apropiada para el Zn(II) y los residuos coordinados al metal) de la enzima y los aductos. Estas simulaciones permitieron caracterizar el sitio activo a nivel de reactivos e intermediarios de hidrólisis, permitiendo comenzar un estudio híbrido QM/MM (mecánica cuántica/mecánica clásica) de la hidrólisis completa, con especial énfasis en el desarrollo de una estrategia de inhibición apropiada. [1] a) Cricco, J. A.; Orellano, E. G.; Rasia, R. M.; Ceccarelli, E. A.; Vila, A. J., Coord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. BCoord. Chem. Rev. 1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. B1999, 190-192, 519. b) Miller L. A. et al. Curr. Opin. Pharmacol. 2001, 1, 451. [2] a) dal Peraro, M.; Llarrull, L.I.; Rothlisberger, U.; Vila, A.J.; Carloni, P.; J. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. BJ. Am. Chem Soc. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. B. 2004, 126, 12661. b) Suarez, D.; Merz, K. M. J.Am. Chem. Soc 2001, 123, 3759. [3] Garau, G.; Bebrone, C.; Anne, C.; Galleni, M.; Frère, J.M.; and Dideberg, O. A. J. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. BJ. Mol.Biol. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. Yang, W.; Parr, R.G. Phys. Rev. B. 2005, 345 ,785. [4] Becke, A. Phys. Rev. A., 1988, 38, 3098. b) Lee,C. 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