07 settembre 2011

Simulazioni molecolari della mutazione F610A nell'AcrB.

simulazioni In questo lavoro vengono impiegate simulazioni di dinamica molecolare classica per comprendere l'effetto della sostituzione tra felinalanina e alanina, nella proteina di trasporto AcrB. Questa proteina, presente sulla membrana di molti batteri, tra cui l'Escherichia Coli, è chiamata "multi-drug-resistance (MDR) pump" in quanto è in grado di espellere una serie di composti, tra cui molti antibiotici, aventi caratteristiche chimiche e strutturali molto diverse fra loro.
"Il fenomeno della MDR - spiega Attilio Vittorio Vargiu (SLACS & Department of Physics, University of Cagliari) - è coinvolto nella resistenza batterica ai vecchi e nuovi antibiotici, un fenomeno che sta assumendo dimensioni preoccupanti in diversi continenti. Si ritiene che la proteina AcrB espella i substrati tramite un meccanismo di rotazione funzionale. Infatti essa è composta da tre unità distinte (anch'esse proteine identiche fra loro) che assumono in maniera sequenziale e organizzata diverse conformazioni, funzionali all'espulsione delle sostanze nocive dall'interno della membrana batterica. La mutazione studiata in questo lavoro, che inibisce l'espulsione, riguarda l'amminoacido numero 610 (F610A per l'appunto)".
Numerosi lavori sperimentali indicano che questa mutazione inibisce l'azione dell'AcrB indipendentemente dall'antibiotico considerato. "Tuttavia - sottolinea Vargiu - attualmente non si conosce il meccanismo molecolare all'origine di questo effetto, e il nostro studio consiste proprio nel confrontare i movimenti subiti da un antibiotico, la doxorubicina, nella proteina mutata e non. Abbiamo così scoperto che la mutazione aumenta considerevolmente l'affinità dell'antibiotico per il sito di legame nell'AcrB, e quindi la sua espulsione sarà più difficile. Abbiamo anche ipotizzato un secondo meccanismo per il quale l'antibiotico potrebbe comportarsi da inibitore della proteina mutata".
Questo lavoro, frutto di una collaborazione internazionale, apre la strada a nuovi esperimenti che possono confermare queste ipotesi.

Effect of the F610A Mutation on Substrate Extrusion in the AcrB Transporter: Explanation and Rationale by Molecular Dynamics Simulations
Vargiu AV, Collu F, Schulz R, Pos KM, Zacharias M, Kleinekathöfer U, Ruggerone P.
CNR-IOM, Unità SLACS, S.P. Monserrato (CA), Sardinia Island, Italy
School of Engineering and Science, Jacobs University Bremen, Germany
Cluster of Excellence Frankfur, Macromolecular Complexes and Institute of Biochemistry, Goethe University Frankfurt, Germany
Physik-Department, Technische Universitt München, Germany
Abstract
The tripartite efflux pump AcrAB-TolC is responsible for the intrinsic and acquired multidrug resistance in Escherichia coli. Its active part, the homotrimeric transporter AcrB, is in charge of the selective binding of substrates and energy transduction. The mutation F610A has been shown to significantly reduce the minimum inhibitory concentration of doxorubicin and many other substrates, although F610 does not appear to interact strongly with them. Biochemical study of transport kinetics in AcrB is not yet possible, except for some β-lactams, and other techniques should supply this important information. Therefore, in this work, we assess the impact of the F610A mutation on the functionality of AcrB by means of computational techniques, using doxorubicin as substrate. We found that the compound slides deeply inside the binding pocket after mutation, increasing the strength of the interaction. During subsequent conformational alterations of the transporter, doxorubicin was either not extruded from the binding site or displaced along a direction other than the one associated with extrusion. Our study indicates how subtle interactions determine the functionality of multidrug transporters, since decreased transport might not be simplistically correlated to decreased substrate binding affinity.
Publication Date (Web): June 27, 2011
Copyright © 2011 American Chemical Society

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