Obtención y caracterización bioquímica y funcional de la enzima recombinante nicotinamida/nicotinato mononucleótido adenilil transferasa de Leishmania braziliensis (LbNMNAT)

Abstract

En términos estructurales y funcionales, las proteínas son las macromoléculas biológicas más diversas de los seres vivos. Las enzimas, una clase especial de proteínas, se caracterizan por su capacidad de disminuir la energía de activación de las reacciones bioquímicas. A pesar de su relevancia, la mayoría de enzimas no pueden ejercer su función por sí solas y requieren moléculas adicionales, denominadas cofactores, para catalizar sus reacciones. El dinucleótido de adenina y nicotinamida (NAD), es un cofactor orgánico (co-enzima) que junto con su derivado fosforilado (NADP), son empleados en reacciones de óxido-reducción propias del metabolismo energético y la defensa ante el estrés oxidativo. Adicionalmente, el NAD es utilizado como sustrato por proteínas que regulan funciones celulares esenciales que incluyen reparación de ADN, expresión genética y señalización, entre otras. La importancia celular del NAD, ha impulsado numerosas investigaciones enfocadas en develar los componentes y la dinámica de su biosíntesis en diversos modelos biológicos. Los resultados obtenidos han indicado que el NAD puede ser sintetizado a partir de diferentes precursores químicos que recorren rutas bioquímicas únicas conocidas como las vías de reciclaje y de novo de biosíntesis del NAD. A pesar de sus diferencias, ambas vías convergen en el punto común catalizado por la enzima nicotinamida/nicotinato mononucleótido adenilil transferasa (NMNAT EC: 2.7.7.1/18). Esta proteína se ha caracterizado en representantes de los tres dominios de la vida y se ha enfocado como blanco farmacológico contra el cáncer y diversos organismos patogénicos de humanos. El presente estudio expone los resultados de la caracterización bioquímica de la proteína NMNAT de Leishmania braziliensis, patógeno eucariota capaz de infectar al hombre y que en Colombia representa un problema de salud pública. La investigación incluyó el análisis de aspectos estructurales y funcionales de la NMNAT del parásito. Las evidencias obtenidas indicaron diferencias notables entre la proteína analizada en relación con los homólogos humanos, sugiriendo que el proceso de biosíntesis del NAD en Leishmania es un blanco farmacológico promisorio.

Abstract. Proteins are the most diverse biological macromolecules in terms of function and structure. Among proteins, enzymes are of special interest owing to their ability to lower the activation energy of biochemical reactions. Despite of their relevance, most of enzymes require additional molecules referred to as cofactors, to act appropriately. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) and its phosphorylated form (NADP) are organic cofactors or co-enzymes involved in REDOX reactions. These reactions play fundamental roles not only in energy metabolism but also in defense mechanism against oxidative stress. Moreover, NAD serves as substrate for many proteins involved in cellular functions such as DNA repair, genetic expression, and signaling. Several studies have been devoted to discover the components and dynamics related to NAD’s biosynthetic process in different biological models. To date, numerous chemical precursors have been identified. These molecules go through unique biochemical routes denoted to as salvage and de novo NAD biosynthetic pathways. The single common step shared by these routes is represented by the central enzyme nicotinamide/nicotinate mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT, 2.7.7.1/18). NMNATs from archaea, eubacteria and eukarya have been characterized and focused as pharmacological targets in cancer and human pathogenic organisms. This dissertation indicates the results from the biochemical study of Leishmania braziliensis NMNAT. The mentioned parasite affects human beings and currently is a public health issue in Colombia. Several structural and functional aspects of the parasite’s NMNAT protein were investigated. The results obtained in this work support the conclusion that Leishmania NAD biosynthetic process is quite different in contrast with the human counterpart. Therefore, this process is a promising pharmacological target against the pathogen.