Desenvolvimento e avaliação de modelos computacionais da bomba de efluxo Rv1258c e de uma membrana de PIM2 de Mycobacterium tuberculosis como alvo de antimicrobianos

Abstract

Tap é uma importante bomba de efluxo associada à resistência a múltiplos fármacos em Myocbacterium tuberculosis. O desenvolvimento de inibidores de efluxo (IEs) para Tap possivelmente aumentaria a eficácia dos antimicrobianos de segunda linha e reduziria a duração do tratamento atual. A bomba de efluxo Tap fica localizada na membrana plasmática, que faz parte de um complexo envelope celular, que tem importante papel da resistência intrínseca a antimicrobianos. O fosfatidil-mio-inositol dimanosídeo (PIM2) é um componente essencial do envelope celular e o lipídio mais predominante na membrana plasmática de M. tuberculosis. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi desenvolver modelos atomísticos computacionais das estruturas de uma membrana de PIM2 e da bomba de efluxo Tap de M. tuberculosis, como alvos no estudo racional de antimicrobianos. Um modelo estrutural de Tap permite estudo racional de IEs, enquanto um modelo para a membrana de PIM2 aumenta a acurácia do modelo de bombas de efluxo, além de permitir o estudo de fármacos que interagem com o envelope celular de M. tuberculosis. Desenvolvemos um modelo molecular de Tap, ao longo de um extenso estudo de modelagem molecular, que mostrou possível inibição competitiva entre IEs e antibióticos. Desenvolvemos e analisamos um modelo de membrana de PIM2 com simulações por Dinâmica Molecular, possibilitando aprimorar o modelo desta proteína. O modelo de membrana de PIM2 também foi usado para estudar a interação da membrana do M. tuberculosis com um candidato ao reposicionamento de fármacos, a mefloquina, por meio de simulações por Dinâmica Molecular, sendo que os resultados concordaram com as análises espectroscópicas. Esta tese gerou artigos que descrevem o desenvolvimento destes dois importantes modelos estruturais, da bomba de efluxo Tap e da PIM2, para o estudo racional de fármacos.

Tap is an important efflux pump associated with multidrug resistance in Myocbacterium tuberculosis. The development of efflux inhibitors for Tap could raise the effectiveness of second line drugs and reduce the duration of the current treatment. Tap efflux pumps are located in the plasma membrane, which is part of a complex cell envelope, which plays an important role in intrinsic resistance to antimicrobials. Phosphatidyl-myoinositol dimannoside (PIM2) is an essential component of the cell envelope and the most predominant lipid in the plasma membrane of M. tuberculosis. Thus, the objective of this work was to develop atomistic computational models of the structures of a PIM2 membrane and the Tap efflux pump of M. tuberculosis, as targets in the rational study of antbiotics. A structural Tap model allows a rational study of EIs, while a model for the PIM2 membrane increases the accuracy of the efflux pump model, and also allows the rational study of drugs that interact with the M. tuberculosis cell envelope. We developed a molecular model of Tap, throughout an extensive molecular modelling study, that showed possible competitive inhibition between EIs and antibiotics. We developed and analyzed a Molecular Dynamics PIM2 membrane model, that showed reliability in its interaction with Tap, enhancing the Tap model. The PIM2 membrane model was also used to study the M. tuberculosis membrane interaction with a candidate for drug repurposing, mefloquine, throughout Molecular Dynamics, and the results agreed with the spectroscopic analyses. This thesis generated papers that describe the development of these two important structural models, the Tap efflux pump and the PIM2 membrane models, for the rational drugs study.