Ligação Ribossômica e Seletividade Bacteriana

Este tópico aborda o princípio unificador por trás dos antibióticos inibidores da síntese proteica: onde cada classe se liga no ribossomo bacteriano e por que esses locais permitem que os medicamentos suprimam a tradução bacteriana, poupando em grande parte o hospedeiro. As diferenças estruturais entre o ribossomo bacteriano 70S e o ribossomo citoplasmático eucariótico são o que tornam possível a inibição seletiva.

Definition

Ligação ribossômica e seletividade bacteriana refere-se à base estrutural e funcional pela qual os antibióticos reconhecem sítios definidos no ribossomo bacteriano e inibem a tradução, e às diferenças entre os ribossomos bacterianos e do hospedeiro que permitem que esses medicamentos ajam seletivamente no patógeno.

Scope

A entrada abrange a arquitetura do ribossomo bacteriano, os principais locais de ligação funcionais explorados pelos antibióticos (o sítio de decodificação da subunidade 30S e o centro da peptidil transferase e o túnel de saída da subunidade 50S), a base estrutural da toxicidade seletiva e como as alterações no sítio-alvo erodem tanto a ligação quanto a seletividade. É uma síntese de referência-educacional, não uma orientação prescritiva.

Core questions

• Quais são os principais sítios funcionais no ribossomo bacteriano que os antibióticos visam?
• Por que esses medicamentos podem inibir a tradução bacteriana sem inibir igualmente a do hospedeiro?
• Como as estruturas cristalinas do ribossomo refinaram nossa compreensão da ligação de antibióticos?
• Como as mutações no sítio-alvo e as modificações do rRNA anulam a ligação e reduzem a seletividade?

Key concepts

• Ribossomo bacteriano 70S versus ribossomo eucariótico 80S
• RNA ribossômico como principal alvo de medicamentos
• Sítio de decodificação (A) 30S
• Centro da peptidil transferase 50S
• Túnel de saída do peptídeo nascente
• Toxicidade seletiva e seus limites
• Mutação no sítio-alvo e metilação do rRNA

Mechanisms

O ribossomo bacteriano é uma máquina de ribonucleoproteína de duas subunidades: a subunidade pequena (30S) decodifica o RNA mensageiro no sítio A, e a subunidade grande (50S) catalisa a formação de ligações peptídicas no centro da peptidil transferase e direciona a nova proteína através de um túnel de saída. A maioria dos antibióticos que visam o ribossomo se liga ao RNA ribossômico, e não à proteína ribossômica, em um desses sítios funcionais. Experimentos de footprinting mapearam inicialmente os contatos dos antibióticos em regiões conservadas do rRNA 16S, e a determinação de estruturas de resolução atômica das subunidades 30S e 50S, incluindo complexos com antibióticos ligados, mostrou então diretamente como cada classe é posicionada e como ela perturba a decodificação, a catálise ou a saída do peptídeo. A seletividade surge porque os sítios correspondentes no ribossomo citoplasmático eucariótico diferem em sequência e forma, de modo que os medicamentos se ligam ao alvo bacteriano com muito mais avidez; essa seletividade é relativa, e onde os ribossomos mitocondriais do hospedeiro se assemelham ao alvo bacteriano, ela pode ser incompleta, contribuindo para certas toxicidades. A resistência frequentemente funciona alterando os próprios nucleotídeos que formam o sítio de ligação, por mutação pontual ou metilação enzimática, enfraquecendo simultaneamente a ligação do medicamento.

Clinical relevance

A compreensão da ligação ribossômica e da seletividade une as classes de antibióticos: ela explica por que medicamentos que compartilham uma região de ligação mostram resistência cruzada, por que a seletividade nunca é absoluta e por que as mesmas características estruturais que permitem a terapia também impõem limites a ela. Esta entrada apresenta a base estrutural e mecanicista para referência e educação e não oferece orientação de tratamento ou dosagem.

Evidence & guidelines

As atribuições dos sítios de ligação baseiam-se em footprinting bioquímico das interações antibiótico-rRNA e em estruturas cristalinas de resolução atômica das subunidades bacterianas 30S e 50S e seus complexos com antibióticos, trabalho que se tornou a base estrutural para interpretar como todo esse grupo de medicamentos age.

History

Ao longo das décadas de 1980 e 1990, os sítios de ligação dos antibióticos ribossômicos foram inferidos a partir da genética e do footprinting químico no RNA ribossômico, que localizou muitos medicamentos em regiões funcionais conservadas. O avanço ocorreu por volta de 2000 com estruturas cristalinas de alta resolução das subunidades 30S e 50S, e então de subunidades ligadas a antibióticos, o que tornou os sítios de ligação e sua relação com a função ribossômica diretamente visíveis. Este trabalho estrutural, homenageado com o Prêmio Nobel de Química de 2009, reformulou toda a classe em torno de alvos moleculares precisos.

Key figures

• Harry F. Noller
• Venkatraman Ramakrishnan
• Thomas A. Steitz
• Ada E. Yonath

Seminal works

• moazed-noller-1987
• ban-2000
• wimberly-2000
• carter-2000
• schlunzen-2001

Frequently asked questions

Por que a maioria dos antibióticos que visam o ribossomo se liga ao RNA em vez das proteínas ribossômicas?

O cerne funcional do ribossomo, incluindo o sítio de decodificação e o centro da peptidil transferase, é construído a partir do RNA ribossômico, de modo que os medicamentos que interferem nessas atividades se ligam a elementos de RNA conservados; isso também explica por que tantos mecanismos de resistência agem mutando ou modificando o RNA ribossômico.

Se esses medicamentos visam o ribossomo, por que não prejudicam a síntese proteica humana?

O ribossomo citoplasmático humano difere em sequência e forma nos sítios relevantes, de modo que os medicamentos se ligam ao ribossomo bacteriano com muito mais força. A seletividade é relativa e não absoluta, e como os ribossomos mitocondriais humanos se assemelham aos bacterianos, isso ajuda a explicar algumas toxicidades características.