Embora você talvez nunca tenha ouvido falar da superfamília de enzimas do citocromo P450, essas proteínas desempenham papéis diversos e críticos em humanos por meio do processamento metabólico de medicamentos, pesticidas, ácidos graxos, vitaminas lipossolúveis e carcinógenos químicos e da biossíntese de esteróides essenciais, incluindo esteróis.



Os esteróis são uma família de compostos químicos que compartilham uma estrutura central em anel e que são essenciais para a vida de uma infinidade de organismos. O esterol mais conhecido em humanos é o colesterol, um componente chave da nossa membrana celular e um item sempre presente na mente dos médicos, considerando que níveis elevados de colesterol no sangue podem aumentar o risco de doenças cardiovasculares.

O laboratório de Fred Guengerich, o Tadashi Inagami, Ph.D. Professor de Bioquímica na Universidade Vanderbilt, estuda os citocromos P450 há 50 anos. Em um novo artigo publicado na Angewandte Chemie , o laboratório Guengerich investigou o mecanismo usado pelo citocromo P450 51 – uma enzima P450 presente em todas as famílias da vida – para catalisar uma reação crítica de três etapas na biossíntese de esterol:o metabolismo do lanosterol.

"Este tem sido um projeto desafiador, mas gratificante, que fornece a primeira resposta inequívoca a uma questão mecanicista controversa e de longa data na biossíntese de esteróis eucarióticos", disse o autor principal e estudante de pós-graduação em bioquímica, Kevin McCarty.

O ciclo catalítico de todas as enzimas P450 envolve a formação de duas espécies ativas de ferro heme - Composto 0 e Composto I, o último dos quais é formado naturalmente a partir do Composto 0 - que são necessárias para reações catalisadas por P450, incluindo o metabolismo do lanosterol. Embora o papel do Composto I nas duas primeiras etapas do metabolismo do lanosterol tenha sido bem estabelecido, dados conflitantes de vários laboratórios deixaram os cientistas incertos sobre se o P450 51 usa o Composto 0 ou o Composto I para realizar a etapa final crucial.

Usando uma técnica analítica avançada inicialmente refinada pelo ex-pós-doutorado em Guengerich, Francis Yoshimoto, que rastreia a incorporação de um isótopo de oxigênio chamado ¹⁸ O nos produtos da reação P450, McCarty e colegas tornaram-se os primeiros a sugerir que tanto o Composto 0 quanto o Composto I podem desempenhar papéis químicos ativos na última etapa do metabolismo do lanosterol.

Na verdade, os resultados apresentados no Angewandte Chemie indicam que, embora o Composto 0 seja a principal espécie heme responsável pela última etapa da ação catalítica do P450 51 humano (~85% da reação), o Composto I ainda desempenha um papel menor e quantificável (~14% da reação).

Em colaboração com Galina Lepesheva, professora pesquisadora de bioquímica, os pesquisadores compararam as contribuições relativas de cada espécie heme em quatro enzimas P450 51 de leveduras patogênicas, amebas e tripanossomas, um tipo de parasita, com o ortólogo humano. Embora as enzimas de levedura e ameba tenham mostrado resultados semelhantes aos da proteína humana, os resultados das enzimas tripanossomais revelaram uma diferença mecanicista interessante:o Composto 0 e o Composto I compartilharam contribuições aproximadamente iguais para a reação.

Estes resultados acrescentam profundidade à nossa compreensão coletiva e mecanicista das enzimas P450, especificamente aquelas envolvidas na biossíntese de esterol.

"Este foi um projeto longo que exigiu uma síntese química em 17 etapas, cinco enzimas P450 51 purificadas diferentes da nossa colaboradora Prof. Galina Lepesheva, muita atenção ao uso de uma atmosfera de 18 oxigênio nas reações, espectrometria de massa sofisticada de alta resolução, e trabalho cuidadoso de todos os autores do nosso laboratório", disse Guengerich. Segundo ele, a atenção de sua equipe aos detalhes permitiu “quebrar esse sistema” e fornecer uma análise clara de um mecanismo enzimático bifurcado.

"Nossas descobertas fornecem um avanço importante na compreensão da função do P450 51 em humanos e em vários patógenos, que esperamos que sejam úteis na busca contínua por medicamentos direcionados ao P450 51", disse McCarty.

Atualmente, vários medicamentos antifúngicos existentes inibem as enzimas fúngicas P450 51, interferindo na capacidade do organismo de produzir esteróis essenciais e de se reproduzir. No entanto, a resistência aos antifúngicos, juntamente com a existência de infecções fúngicas potencialmente fatais para as quais não existe tratamento, sublinha a necessidade contínua de novos medicamentos direcionados ao P450 51.

Olhando para o futuro, os laboratórios Guengerich e Lepesheva irão analisar ainda mais uma enzima P450 51 da ameba em busca de peculiaridades mecanísticas que possam ser exploráveis ​​como potenciais alvos de drogas.

Mais informações: Kevin D. McCarty et al, Oxygen‐18 Labeling Reveals a Mixed Fe−O Mechanism in the Last Step of Cytochrome P450 51 Sterol 14α‐Demethylation, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202317711
Fornecido pela Universidade Vanderbilt