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Artigo revisa sistema antioxidante negligenciado que pode ser alvo para novos antibióticos

02 jun, 2022
 

Embora tenha um papel central na defesa de patógenos contra danos oxidativos, o sistema formado pelas proteínas Ohr, uma enzima antioxidante, e OhrR, seu fator de transcrição, tem sido negligenciado. Essa é a opinião do professor Luis Netto, do Instituto de Biociências da USP e do CEPID Redoxoma. Ele e seus colaboradores estudam as proteínas Ohr e OhrR há mais de 20 anos e acabam de publicar um extenso artigo de revisão, no qual analisam aspectos da estrutura, catálise, filogenia, regulação e papéis fisiológicos do sistema Ohr/OhrR. O artigo foi publicado na revista Free Radical Biology and Medicine e tem por objetivo sistematizar as informações que estão dispersas na literatura.

A Ohr é muito eficiente na redução hidroperóxidos orgânicos derivados de ácidos graxos e de peroxinitrito, dois oxidantes relevantes nas interações entre hospedeiro e patógeno. Por outro lado, estudos com bactérias geneticamente modificadas indicaram o envolvimento de Ohr ou de seu fator de transcrição OhrR em virulência. Portanto, o sistema Ohr-OhrR desempenha importantes funções na interface entre patógenos como Xylella fastidiosa, Pseudomonas aeruginosa, Chromobacterium violaceum e Bacillus cereus e hospedeiros como mamíferos e plantas vasculares. No entanto, cabe destacar que os mecanismos envolvidos nas interações entre patógenos e hospedeiros são complexos e os papéis desempenhados por Ohr e OhrR nesses processos variam muito entre as diversas bactérias.

Como não são encontradas em animais vertebrados nem em plantas vasculares e têm características estruturais únicas, as proteínas Ohr e OhrR podem ser alvos para desenvolvimento de novos antibióticos, o que é muito relevante, considerando o alarmante fenômeno das bactérias multirresistentes. Além disso, essas Ohrs desempenham outras funções fisiológicas, como proteger bactérias simbióticas fixadoras de nitrogênio do estresse oxidativo associado a esse processo.

Dessa forma, a pouca atenção dada a Ohrs é de certa forma surpreendente e segundo Netto poderia ser explicada por razões históricas. As enzimas antioxidantes mais conhecidas foram descobertas há muito tempo: a catalase em 1937; as SODs em 1969; as glutationa peroxidases em 1973; e as peroxirredoxinas no início da década de 1990.

A primeira Ohr, por sua vez, só foi descrita em 1998, como uma proteína envolvida na resposta de bactérias ao estresse induzido por hidroperóxidos orgânicos, sendo que em 2000 cientistas brasileiros identificaram o gene que codifica essa proteína no genoma da Xylella fastidiosa. Essa bactéria causa uma doença chamada de clorose variegada dos citros (CVC), que causa grandes prejuízos à agricultura no Estado de São Paulo e foi o primeiro fito-patógeno a ter o seu genoma sequenciado. “Quando apareceu a Ohr no genoma da Xylella, não se sabia a atividade bioquímica dessa proteína. Como eu já tinha trabalhado com peroxirredoxinas, vi que a Ohr tinha duas cisteínas que eram muito conservadas. Aí surgiu a ideia: talvez seja uma peroxidase”, conta Netto, que fez parte do grupo responsável pelo sequenciamento do genoma da bactéria. O primeiro trabalho do grupo sobre a Ohr foi publicado em 2003, no Journal of Biological Chemistry (JBC), e demonstrou que de fato Ohr é uma peroxidase dependente de tiól.

O pesquisador enfatiza, no entanto, que a Ohr não é uma peroxirredoxina como descrito em alguns artigos. “A Ohr tem propriedades muito diferentes, como a sequência primária, a estrutura, a especificidade para redutor e oxidante e a dinâmica ao longo do ciclo catalítico”. As peroxirredoxinas (Prx), que também são foco de estudo do grupo de Netto, são tiól-proteínas antioxidantes consideradas sensores celulares de peróxido de hidrogênio.

Em 2020, o grupo elucidou seis estruturas cristalográficas da proteína Ohr do patógeno oportunista Chromobacterium violaceum, incluindo a estrutura do complexo entre a Ohr e seu substrato biológico, a dihidrolipoamida (DHL). Os pesquisadores identificaram intermediários do ciclo catalítico da enzima e reforçaram as evidências de que Ohr e Prx pertencem a classes diferentes de proteínas. Além disso, mostraram que a Ohr tem um colar hidrofóbico ao redor de seu sítio ativo, uma característica estrutural única que explica a especificidade dessa enzima para peróxidos orgânicos.

Ohr, Chromobacterium violaceum

Imagem: Luis E. S. Netto / CEPID Redoxoma

Família antioxidante

As Ohrs fazem parte de um dos três subgrupos que compõem a família de proteínas chamada Ohr/OsmC, que inclui também as OsmCs (proteína induzidas por choque osmótico) e proteínas Ohr-like. Proteínas dos três subgrupos (Ohr, OsmC e Ohr-like) apresentam dois resíduos de cisteína muito conservados. As Ohrs e a OsmCs têm atividades peroxidásica baseada em uma cisteína altamente reativa, enquanto o grupo Ohr-like é mais heterogêneo e em alguns casos sem nenhuma atividade bioquímica descrita.

Proteínas da família Ohr/OsmC eram consideradas inicialmente como presentes exclusivamente em bactérias. Porém, em 2017, o grupo de Netto, analisou bancos de dados públicos e identificou genes da família Ohr/OsmC em eucariotos e arqueas. Além disso, a distribuição de proteínas Ohr/OsmC entre diferentes grupos filogenéticos é complexa e não apresenta uma relação evolutiva clara, sugerindo que os genes foram espalhados por meio de transferência lateral. De fato, o número de genes que codifica membros de cada um dos três subgrupos varia muito entre microrganismos distintos.

Cabe destacar que foram encontradas proteínas da família Ohr/OsmC em arqueas extremófilas, em fungos e em plantas não vasculares. A propósito, Ohr está presente na bactéria Mycoplasma genitalium que é a menor bactéria de vida independente conhecida. Assim, é considerado que seu genoma contenha os genes essenciais a vida. Por outro lado, o genoma de Mycoplasma genitalium não apresenta genes para antioxidantes mais populares como SOD e catalase.

Inflamação

A resposta inflamatória é uma estratégia dos hospedeiros para combater microrganismos patogênicos que envolve a produção de vários oxidantes. Portanto, se uma inflamação demora para terminar (ou como descrito no jargão da área: “não se resolve”), pode causar danos ao hospedeiro. Hidroperóxidos orgânicos de ácidos graxos são oxidantes que também podem atuar como sinalizadores de processos tanto inflamatórios quanto anti-inflamatórios. “A sinalização envolvida nesses processos de inflamação e de resolução da inflamação é bastante complexa, envolvendo diferentes hidroperoxidos de ácidos graxos, como dos derivados de ácido araquidônico”, afirma Netto.

A hipótese levantada pelos pesquisadores é de que a Ohr poderia estar envolvida de alguma forma na virulência de patógenos via controle dos níveis desses hidroperóxidos lipídicos. “Acredito que o envolvimento biológico da Ohr poderia estar relacionado com o processo de resolução (finalização) da inflamação. Contra-intuitivamente, se a bacteria tem muito antioxidante (no caso a Ohr), acaba sendo ruim para ela e bom para o hospedeiro por, entre outros motivos, facilitar o recrutamento de células fagocitárias. Mas essa é uma hipótese ainda especulativa, que requer evidência experimental”, afirma o pesquisador.

A OhrR é a proteína que controla a transcrição do gene da Ohr. Para que a enzima antioxidante (Ohr) seja produzida, o gene que a codifica precisa ser transcrito para o RNA mensageiro correspondente. A OhrR quando está reduzida se liga ao DNA e impede a transcrição. Quando a célula está sob estresse oxidativo e é exposta ao peróxido orgânico, a OhrR é oxidada e sofre uma mudança conformacional que libera o DNA para ser transcrito e depois traduzido na proteína Ohr.

Para Netto, “isso que é bonito do ponto de vista Redox: o próprio fator de transcrição é regulado por um processo redox e ele vai induzir ou reprimir a expressão de uma proteína que tem propriedades que interferem no metabolismo dos hidroperóxidos orgânicos”.

Diversos grupos do CEPID Redoxoma estão envolvidos em estudos com hidroperóxidos orgânicos derivados de ácidos graxos, como os liderados pelos pesquisadores Sayuri Miyamoto e Paolo Di Mascio, bem como em estudos de cinética envolvendo a Ohr e OhrR, como os grupos dos pesquisadores Ohara Augusto e Daniela Truzzi, ou ainda em estudos estruturais, como o grupo do pesquisador Marcos Antonio de Oliveira.

Cabe também destacar a participação das alunas de graduação Lene Clara M. Santos e Rebeca Bandeira Candia; dos alunos de pós-graduação José Renato Cussiol, atualmente na Unifesp, Renato Domingos, atualmente na Bioline GmbH, Alemanha, e Thiago Alegria, atualmente técnico nível superior no IBUSP; e dos pós-doutores Diogo Meireles, atualmente UENF - Darcy Ribeiro - RJ, Erika Piccirillo, atualmente na Eurofarma, e José da Silva Neto, atualmente FMRP-USP.

Em 2021, um grupo de pesquisadores chineses identificou o primeiro inibidor contra Ohr da bacteria Acinetobacter baumannii ATCC19606. O tratamento dessa bactéria com o inibidor de Ohr potencializou a atividade antibacteriana de antibióticos como canamicina e gentamicina. O grupo chinês entrou em contato com o Dr. Netto, para colaboração no sentido de identificar moléculas com atividade microbicida mais potente.

O artigo Ohr – OhrR, a neglected and highly efficient antioxidant system: Structure, catalysis, phylogeny, regulation, and physiological roles, de Diogo A. Meireles, José F. da Silva Neto, Renato M. Domingos, Thiago G. P. Alegria, Lene Clara M. Santos e Luis Eduardo S. Netto pode ser lido aqui.


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