Interacciones de la proteína de división celular FtsZ con nucleótidos e inhibidores. En busca de nuevos antibióticos.

Abstract

FtsZ es la proteína fundamental de la división celular bacteriana. FtsZ autoensambla formando protofilamentos que se asocian en el anillo citoesquelético. Forma parte de la superfamilia de GTPasas citoesqueléticas de la tubulina, que también incluye a αβ-tubulina, a γ-tubulina, tubulina bacteriana y TubZ.

FtsZ es una diana para la búsqueda de pequeñas moléculas inhibidoras que podrían constituir una nueva clase de compuestos antibacterianos con los que combatir la emergencia continua de bacterias patógenas resistentes a los antibióticos actuales. El conocimiento de las interacciones de FtsZ con nucleótidos de guanina aporta información sobre los mecanismos funcionales de esta proteína, que puede ser muy útil para el diseño de inhibidores específicos de FtsZ. Además, un ensayo que permita medir la unión de cualesquiera moléculas que reemplacen a GTP de FtsZ podría ser utilizado para buscar nuevos inhibidores de esta proteína.

En esta Tesis se ha desarrollado en primer lugar un método de competición, empleando el nucleótido fluorescente mant-GTP junto con apoFtsZ, que permite la detección y la medida de la afinidad de moléculas que se unen al sitio de nucleótido de FtsZ. Se ha comparado con un método de competición complementario, basado en el desplazamiento de 3H-GTP, para validar las afinidades medidas.

A continuación, se ha utilizado el método fluorescente de competición para estudiar la unión de los ligandos reguladores GTP y GDP a su sitio en FtsZ. Para ello se midieron las uniones de los componentes del GTP y de otros nucleótidos. Se han realizado simulaciones de dinámica molecular para analizar el tipo y localización de las interacciones entre los nucleótidos y FtsZ. Se ha encontrado que la interacción con el fosfato-β tiene la mayor relevancia energética, contribuyendo por sí sola en casi igual medida que la guanosina. Además, se propone que la presencia del fosfato-γ provoca un reordenamiento de la proteína y el nucleótido, estableciéndose interacciones diferentes que no conllevan un cambio significativo de la afinidad observada del GTP respecto a la del GDP.

Finalmente, se investigaron los efectos de análogos del GTP y de compuestos químicamente diferentes. He observado que la capacidad de inhibición de la polimerización por análogos del GTP sustituidos en C8 se correlaciona con su afinidad por la proteína. También se ensayaron una serie de compuestos elegidos por cribado virtual, además de un péptido con supuestos efectos inhibidores sobre FtsZ, con resultados negativos en ambos casos. Por último se estudió el mecanismo de acción de PC190723, un compuesto que protege frente a una dosis letal de Staphylococus aureus en un modelo murino y que tiene como diana a FtsZ. PC190723 es un estabilizador de polímeros de FtsZ, lo que probablemente explica su efecto inhibidor de la división celular en especies bacterianas sensibles.