Avaliação da função, estrutura e mecanismos de ação de análogos de mastoparano-L gerados por estratégia in silico

Abstract

Escherichia coli consiste em uma bactéria altamente versátil capaz de adquirir fatores de virulência específicos, resultando em patótipos que podem causar uma gama de doenças infecciosas, como infecções no trato urinário, gastroenterite, sepse entre outras. Consequentemente, há uma necessidade de identificar novos fármacos antimicrobianos considerando o desenvolvimento de resistência bacteriana a um amplo espectro de antibióticos. Os mastoparanos são em sua maioria peptídeos catiônicos com propriedades farmacológicas multifuncionais. Mastoparans-R1 e R4 foram projetados computacionalmente com base no mastoparano-L nativo de vespas e têm potencial terapêutico aprimorado para o controle de infecções bacterianas. Aqui avaliamos se esses peptídeos mantêm sua atividade contra cepas de E. coli em uma faixa de concentração fisiológica de sal. Descobrimos que os mastoparanos-R1 e R4 preservaram sua atividade nas condições testadas, incluindo atividades antibacterianas em concentrações salinas fisiológicas. A estrutura secundária geral dos peptídeos foi investigada usando espectroscopia de dicroísmo circular em uma variedade de solventes. Não foram observadas alterações significativas na estrutura secundária (arranjo aleatório em soluções aquosas e α-hélice em ambientes hidrofóbicos e aniônicos). As estruturas tridimensionais de mastoparano-R1 e R4 foram elucidadas por espectroscopia de ressonância magnética nuclear, revelando segmentos α-helicoidais anfipáticos para Leu3- Ile13 (mastoparano-R1) e Leu3-Ile14 (mastoparano-R4). Possíveis mecanismos de associação de membrana para mastoparano-R1 e R4 foram investigados por ressonância plasmônica de superfície e estudos de extravasamento de carboxifluorosceína com bicamadas lipídicas e vesículas sintéticas de POPC e POPC/POPG (4:1). Mastoparano-L teve a maior afinidade para ambos os sistemas de membrana, enquanto os dois análogos tiveram associação mais fraca, porém com maior seletividade em lisar membranas aniônicas. Esses achados também corroboram com simulações de dinâmica molecular, onde os peptídeos mastoparano-R1 e R4 têm maiores interações com membranas miméticas bacterianas em comparação com modelo de membranas de mamíferos. Apesar de apresentarem algumas diferenças em seus perfis funcional e estrutural, o análogo de mastoparano-R1 se destacou pela sua melhor atividade contra o isolado clínico, maior potencial bacteriostático, bactericida (2 - 2 µM), seletividade para lise de vesícula aniônica em concentração ~3x menor do que vesícula zwiteriônica. Este estudo reforça o potencial do mastoparano-R1 como candidato a fármaco, bem como modelo para estudo e desenvolvimento de peptídeos antimicrobianos mais seletivos.