Utilizando flashes de rayos X ultra brillantes, un equipo de investigadores ha rastreado un objetivo potencial para nuevos medicamentos contra la enfermedad del sueño: los científicos han descifrado la estructura espacial detallada de una enzima vital del patógeno, el parásito Trypanosoma brucei.El resultado proporciona un posible anteproyecto para un medicamento que bloquea específicamente esta enzima y mata al parásito, según informa el equipo dirigido por Christian Betzel de la Universidad de Hamburgo, Lars Redecke de la Universidad de Lübeck y DESY y Henry Chapman de DESY. Comunicaciones de la naturaleza .
La enfermedad del sueño tripanosomiasis africana es una enfermedad tropical causada por el parásito Trypanosoma brucei, que se transmite por la picadura de moscas tsetsé, que habitan gran parte del África tropical. En el cuerpo, el parásito se multiplica por primera vez debajo de la piel, en elsangre y en el sistema linfático y luego migra al sistema nervioso central. Si no se trata, la enfermedad es casi siempre mortal. Gracias a las medidas de control intensivo, el número de casos registrados ha disminuido drásticamente en los últimos años. Sin embargo, la enfermedad del sueño sigue siendoconsiderada una de las enfermedades tropicales más importantes. Según la Organización Mundial de la Salud, más de 60 millones de personas en las zonas rurales del África subsahariana están en riesgo. La guerra, el desplazamiento y la migración pueden hacer que estalle la enfermedad.
En la búsqueda de un posible punto de partida para los medicamentos contra el patógeno, los investigadores habían apuntado a una enzima central del organismo unicelular, la inosina-5'-monofosfato deshidrogenasa IMPDH ". Esta enzima pertenece al inventario central de cada organismoy es un objetivo interesante para las drogas porque regula la concentración de dos nucleótidos vitales en la célula: el difosfato de guanosina y el trifosfato de guanosina ", dice Redecke." La célula necesita estos nucleótidos para suministrar energía y construir estructuras más grandes como el genoma.si interrumpes este ciclo, la célula muere "
La enzima tiene una especie de interruptor de encendido / apagado que se activa mediante el acoplamiento de las propias moléculas de la célula. Un enfoque prometedor es bloquear este interruptor con una molécula adaptada con precisión. Para construir dicho inhibidor, la estructura espacial exactadel interruptor debe ser conocido. Los biólogos estructurales pueden determinar la estructura de las biomoléculas usando rayos X. Para hacer esto, primero crecen pequeños cristales a partir de las biomoléculas, que luego generan patrones de difracción característicos cuando se iluminan con rayos X. A partir de estos patrones, losSe puede calcular la estructura atómica del cristal y sus componentes básicos, las biomoléculas.
Este enfoque a menudo se complica por la intratabilidad de la mayoría de las biomoléculas contra la formación de cristales. Y si tales cristales pueden crecer, generalmente son extremadamente sensibles a los rayos X de alta energía y se destruyen rápidamente ". Aunque las estructuras de numerosos IMPya se conocen deshidrogenasas, no hubo éxito en el crecimiento de cristales de la versión de la enzima Trypanosoma brucei ", informa Betzel, quien también es investigador en el Clúster de Excelencia CUI: Imágenes Avanzadas de Materia en la Universidad de Hamburgo y DESY.
Por lo tanto, el equipo eligió una ruta alternativa: el grupo del coautor Michael Duszenko de la Universidad de Tübingen indujo a ciertas células de insectos a cristalizar biomoléculas dentro de ellas. Usando esta llamada cristalización de celulo, el mismo equipo ya había descifrado otra claveenzima del patógeno de la enfermedad del sueño, la catepsina B, que también es un posible objetivo farmacológico. Resultó que las células de insectos alteradas también producen cristales de la deshidrogenasa ahora investigada. Estos cristales forman pequeñas agujas de alrededor de 5 milésimas de milímetro 5 micrómetrosde espesor y hasta 70 micrómetros de largo, para que sobresalgan de las células productoras.
Los cristales en el celulo son tan pequeños que se requieren rayos X muy brillantes para analizarlos. Cuanto más grande es un cristal, más átomos dentro de él pueden dispersar los rayos X, causando un mejor patrón de difracción. Por lo tanto, los investigadores utilizaron elEl láser de rayos X LCLS en el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC en los Estados Unidos para el análisis. "Los láseres de rayos X generan destellos extremadamente intensos", explica Chapman, quien es Científico Líder en DESY en el Centro de Ciencia de Láser Libre de Electrones CFEL yuno de los portavoces de la CUI Cluster of Excellence: Advanced Imaging of Matter. "Aunque los cristales sensibles se evaporan inmediatamente, primero generan un patrón de difracción a partir del cual se puede obtener la estructura".
El equipo registró los patrones de difracción de más de 22,000 microcristales y pudo calcular la estructura espacial de la enzima con una precisión de 0.28 millonésimas de milímetro nanómetro, esto corresponde aproximadamente al diámetro de un átomo de aluminio ".El resultado no solo muestra la estructura exacta del interruptor enzimático, la región de Bateman, sino también qué moléculas de la célula activan el interruptor y cómo estos denominados cofactores se unen al interruptor enzimático ", informa Karol Nass, quien realizó estotrabaja durante sus estudios de doctorado en DESY. Ahora trabaja en el Instituto Paul Scherrer en Suiza y es, junto con Redecke, uno de los principales autores de la publicación.
El interruptor es operado por las moléculas adenosina trifosfato ATP y monofosfato de guanosina GMP ". La ventaja de nuestro método no es solo que somos capaces de investigar la enzima a temperatura ambiente, en la cual la enzima opera naturalmente, sinotambién que durante la cristalización del celulo los cofactores naturales se unen a la enzima ", dijo Betzel. Según el investigador, los datos ahora podrían proporcionar un enfoque para inhibir la deshidrogenasa IMP del parásito". Se podría pensar en construir una especie de cierre quecubriría los sitios de unión de ambos cofactores, por ejemplo "
Sin embargo, un desafío pendiente es diseñar el inhibidor de la deshidrogenasa IMP de una manera tan específica que bloquee la enzima del parásito, pero no la enzima humana. Si esto tiene éxito, el método podría extenderse potencialmente a otros patógenos, explica Betzel."Otros parásitos tienen una estructura muy similar, y también podría ser posible atacarlos a través de la deshidrogenasa IMP respectiva. La enzima es un objetivo muy interesante para las drogas, por ejemplo contra la tenia del zorro o el patógeno de la elefantiasis".
Las universidades de Hamburgo, Lübeck y Tübingen, la Academia de Ciencias de Rusia, la Universidad Estatal de Arizona, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en EE. UU., El Instituto Max Planck de Investigación Médica, el Laboratorio Nacional de Aceleradores de EE. UU. SLAC, la Universidad de Gotemburgo yDESY estuvo involucrado en esta investigación.
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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