Investigação in silico da ligação da piperina na RNA-Polimerase de Mycobacterium leprae e possível sinergismo com Rifampicina : modelagem, docking e dinâmica molecular

Abstract

Resumo: A hanseníase é uma doença crônica causada pelo microrganismo Mycobacterium leprae e, apesar de ser uma doença curável pelo uso de terapia multidroga (dapsona, rifampicina e clofazimina), permanece como um problema de saúde pública em países em desenvolvimento. Além disso, o surgimento de linhagens resistentes aos antibióticos tem dificultado ainda mais o combate a este microrganismo. Assim, novas estratégias de tratamento precisam ser desenvolvidas. Uma estratégia promissora baseia-se no sinergismo entre antibióticos, onde a coadministração de duas ou mais substâncias causa um efeito de maior potência do que quando administradas isoladamente. Recentemente, o grupo de pesquisa da Dra. Rosilene Fressatti Carduso do DAB/UEM descobriu que a piperina, composto bioativo encontrado na pimenta-preta (Piper nigrum), possui sinergismo com rifampicina em Mycobacterium tuberculosis. Estudos in silico sugeriram que a piperina possa se ligar na estrutura da RNA-polimerase bacteriana, em um local próximo ao sítio-ativo. Como os genes da RNA-polimerase são altamente conservados em micobactérias, este trabalho teve como objetivo investigar por meio de ferramentas de bioinformática, se este mesmo efeito seria observado em Mycobacterium leprae. A estrutura da RNA-polimerase de Mycobacterium leprae foi modelada a partir da RNA-polimerase de Mycobacterium tuberculosis (PDB: 5uhg). A partir da estrutura modelada, foram realizadas simulações de docking molecular, de modo a verificar o modo de ligação da piperina no sítio de ligação, assim como simulações de dinâmica molecular, com o objetivo de avaliar o comportamento e estabilidade da estrutura modelada. Os efeitos da ligação da piperina nos elementos dinâmicos do sítio ativo da RNA-polimerase foram analisados por meio de Análise de componentes principais (PCA) e Dinâmica molecular dirigida (SMD). A partir dos resultados obtidos, foi possível sugerir que a ligação da piperina pode afetar o mecanismo de catálise da RNA-polimerase, aumentando o efeito inibitório da rifampicina.

Abstract: Leprosy is a chronic disease caused by the microorganism Mycobacterium leprae and, despite being curable by multidrug therapy (dapsone, rifampicin and clofazimine), it remains a public health problem in developing countries. In addition, the emergence of antibiotic-resistant bacteria makes the combat of this microorganism na emergency issue. Thus, new treatment strategies need to be created. A promising strategy is based on synergism between antibiotics, where the administration of two or more substances has a greater potency effect than when administered alone. Recently, the research group of Dr. Rosilene Fressatti Cardoso DAB/EM discovered that piperine, a bioactive compound found in black pepper (Piper nigrum), has synergism with rifampicin in Mycobacterium tuberculosis. The in silico evaluations suggest that piperine binds to the structure of bacterial RNA polymerase, at a location close to active site. Since the genes of RNA polymerase are highly conserved in mycobacteria, this work aimed toinvestigate if the same effect could be observed in Mycobacterium leprae. The structure of RNA polymerase from Mycobacterium leprae was modeled using RNA polymerase from Mycobacterium tuberculosis (PDB: 5uhg) as template. Molecular docking simulations were carried out using the modeled structure to verifying if piperine binds at the same site, as well as molecular dynamics simulations in order to assess the behavior and stability of the modeled structure. The effects of piperine binding on the dynamic elements of the active site of RNA polymerase were analyzed using Principal Component Analysis (PCA) and Steered Molecular Dynamics (SMD). The results suggest that the binding of piperine may affect the mechanism of catalysis of RNA polymerase, increasing the inhibitory effect of rifampicin.