Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Delta-aminolevulinic acid dehydratase (δ-ALA-D) is an essential metalloprotein found in several biological processes, since it is able to catalyze the formation of porphobilinogen (PBG), a precursor monopyrol of tetrapyrroles (heme and chlorophyll). This enzyme is sensible to heavy metals and other pro-oxidant agents and, consequently, it has been classically used as a protein marker for lead intoxication. Both in vitro and in vivo studies has shown that the organochalcogen diphenyl diselenide [(PhSe)2] could be a promising drug due to present antioxidant, neuroprotective, anti-inflammatory, anti-atherosclerotic and other activities. Contrariwise, (PhSe)2 could also be toxic because it can inhibit the activity of important sulfhydryl enzymes, including δ-ALA-D. Regarding some experimental data, it has been speculated that mammalian δ-ALA-D inhibition can occur via the oxidation of two vicinal thiols located in it active center site. However, no molecular model had been proposed in order to explain this interaction with details. Thus, we aimed to get a further understanding about the interaction involving δ-ALA-D and diselenides using in silico molecular modeling methods, which are consisted in theoretical methods applied in to represent or mimic the behavior and interaction of ligands and enzymes from their structural and thermodynamic information. Docking simulations indicated an important role for π-π interactions involving Phe208 and cation-π interactions involving Lys199 and Arg209 residues with the aromatic ring of (PhSe)2 and analogs bis 4-(clorophenyl) diselenide, bis 4-(methoxyphenyl)diselenide and bis 3-(trifluorometil(phenyl)diselenide. These interactions allowed an approximation between Se atoms and SH of Cys124 (3.3 3.5 Å). The analogs interacted similarly with the active site of δ-ALAD. According to the quantum method MFCC (Molecular Fractionation with Conjugated Caps), interactions involving (PhSe)2 could occur up to 8.5 Å distance from the centroid of active site. Phe208, Phe79, Cys122, Cys124, Pro125, Asp120, Lys199, Lys252 and Cys132 displayed strong attraction energy to (PhSe)2. The representative molecular model is in accordance with in vitro assays and gives mechanistic support to previous speculative mechanism of inhibition. Phenyl moieties in (PhSe)2 can be strongly attracted by aromatic and positive charged residues from δ-ALA-D active site. This allows the approximation of the reactive electrophile moiety Se-Se to the nucleophile S- groups from Cys122, Cys124 and Cys132, facilitating the release of coordinated Zn(II), thiol oxidation and formation of 2 molecules of phenylselenol (PhSeH). In conclusion, the presence of aromatic moieties in (PhSe)2 and its reactive electrophile moiety Se-Se are crucial to δ-ALA-D inhibition, which leads to thiol oxidation and consequent impairment of its activity. / A enzima δ-aminolevulinato desidratase (δ-ALA-D) é uma metaloproteína essencial em vários processos biológicos, uma vez que é responsável por catalisar a formação de porfobilinogênio (PBG), um precursor dos tetrapirrólicos (heme, clorofila). Esta enzima é sensível a metais pesados e outros pró-oxidantes e, dessa forma, tem sido classicamente usada como um marcador na intoxicação por chumbo. Estudos in vitro e in vivo têm demonstrado que o organocalcogênio disseleneto de difenila [(PhSe)2] pode ser um fármaco promissor por demonstrar várias atividades biológicas, incluindo antioxidante, neuroprotetora, anti-inflamatória, anti-aterosclerótica e outras. Por outro lado, o (PhSe)2 e análogos também são tóxicos por inibir a atividade de enzimas sulfidrílicas, incluindo a δ-ALA-D. Baseados em dados experimentais, tem-se especulado que a inibição da δ-ALA-D de mamíferos pode ocorrer via oxidação de dois tióis vizinhos localizados no centro ativo da enzima. No entanto, não se tinha conhecimento de nenhum estudo baseado em modelagem molecular com o intuito de explicar esta interação de forma mais detalhada. Diante disso, objetivamos compreender essas interações a partir da modelagem molecular in silico, que consiste em métodos teóricos aplicados para representar ou mimetizar o comportamento e interação de ligantes e enzimas a partir de informações sobre os requisitos estruturais e termodinâmicos essenciais. Os estudos de docking molecular indicaram um papel importante das interações π-π envolvendo Phe208 e cátion-π envolvendo Lys199 e Arg209 e anéis aromáticos do (PhSe)2 e análogos bis 4-(clorofenil) disseleneto, bis 4-(metoxifenil) disseleneto e bis 3-[trifluorometil(fenil)] disseleneto. Estas interações permitem uma aproximação entre átomos de Se do composto e SH da Cys124 (3.3 3.5 Å). Os análogos também interagem de forma semelhante com o sítio ativo da δ-ALA-D. De acordo com o método MFCC (Fracionamento Molecular com Capas Conjugadas), foi possível observar interações envolvendo o (PhSe)2 e resíduos posicionados até uma distância de 8,5 Å do centroide do ligante. Phe79, Cys122, Cys124, Pro125, Asp120, Lys199, Lys252 e Cys132 demonstraram as maiores energia de interação (atrativa) com o (PhSe)2. O modelo molecular representado está em conformidade com ensaios in vitro e fornece informações importantes que reforçam o mecanismo de inibição especulado. Os grupos fenil do (PhSe)2 são fortemente atraídos por resíduos aromáticos e carregados positivamente presentes no sítio ativo da δ-ALA-D. Dessa forma, permite-se a aproximação da porção eletrófila Se Se ao grupos nucleófilos S dos resíduos Cys122, Cys124 e Cys132, facilitando a liberação de Zn(II), a oxidação dos tiolatos e a formação de duas moléculas de fenilselenol (PhSeH), levando a consequente inibição da atividade da enzima.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/4474 |
| Date | 06 May 2013 |
| Creators | Saraiva, Rogério de Aquino |
| Contributors | Rocha, João Batista Teixeira da, Gottfried, Carmem Juracy Silveira, Franco, Jeferson Luis, Piquini, Paulo Cesar, Pinton, Simone |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica Toxicológica, UFSM, BR, Bioquímica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 200800000002, 400, 500, 300, 300, 300, 300, 300, 27186f63-94dd-4f0f-8181-7ce1b0835009, d409b3b7-0026-4242-ac0c-9edf9f4d9e57, 46b18251-440a-41d4-9a45-e7cbe66e8750, 423a65fa-1ad8-43d9-b50e-5041a255d6a0, 84a5cd9d-bbfb-42fd-813e-faca4237e604, 1a62682d-bb9a-414b-9ace-5541c8f93468 |
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