FtsZ protein as a therapeutic target for the development of new antibacterial agents. FtsZ como diana terapéutica para el desarrollo de nuevos agentes antibacterianos

Resumen

La Organización Mundial de la Salud advierte de la gran amenaza que supone la resistencia a antibióticos para la salud pública mundial en el siglo XXI y de la extrema necesidad de tratamientos con nuevos mecanismos de acción para combatir las cepas multiresistentes. En este sentido, el bloqueo de la división bacteriana impediría la proliferación descontrolada de bacterias y con ello, las septicemias letales en el caso de numerosos patógenos. Sin embargo, no existe hasta la fecha ningún agente antibacteriano aprobado para su uso clínico por la Administración de Alimentos y Fármacos Food and Drug Administration, FDA que esté dirigido a la inhibición directa de la división bacteriana. Recientemente, la proteína FtsZ ha sido propuesta como una diana terapéutica prometedora para el descubrimiento y desarrollo de nuevos antibióticos. Esta proteína está presente en la mayoría de las bacterias conocidas y tiene un papel fundamental en la viabilidad de las bacterias debido a que es el primer eslabón dentro de una cascada de proteínas implicadas en el proceso de división bacteriana. Por tanto, aquellos compuestos que sean capaces de inhibirla selectivamente, impedirán la proliferación y viabilidad de las bacterias.La estructura de rayos X del complejo de FtsZ con el inhibidor PC190723 ha revelado que este inhibidor se une a la proteína en una región diferente a la del dominio de unión del GTP. Este hecho ha permitido identificar dos zonas en la proteína para la unión de moléculas pequeñas capaces de inhibir su función: el sitio de unión al nucleótido y el bolsillo alostérico al que se une PC190723.Teniendo en cuenta estas consideraciones, el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el desarrollo de nuevos inhibidores de FtsZ con buenas propiedades antibacterianas. Para ello, nos hemos centrado en la identificación de nuevos compuestos capaces de inhibir FtsZ dirigidos a los dos sitios de unión de la proteína: i el sitio de unión de GTP y ii el bolsillo alostérico de PC190723 Figura 1.Con respecto al sitio de unión de GTP, se han desarrollado los primeros derivados sintéticos no nucleótidos que inhiben de manera específica la polimerización de FtsZ y bloquean la citoquinesis bacteriana. Estos compuestos presentan una buena actividad antibacteriana en bacterias Gram-positivas patógenas. Entre ellos, el derivado 40 destaca como un prometedor agente antibacteriano con buena afinidad Kd igual 0.5 µM y actividad antibacteriana CMI MRSA igual 7 M. Este inhibidor actúa como un agente que bloquea la polimerización de FtsZ y da lugar a células filamentosas que no son capaces de dividirse y finalmente mueren Figura 1A y 1B. Esta serie de compuestos contribuye a ampliar el escaso número de miméticos de GTP que inhiben FtsZ y proporciona la base para el desarrollo de agentes antibacterianos con un nuevo mecanismo de acción.En cuanto al sitio de unión de PC190723, hemos desarrollado derivados fluorescentes de dicho inhibidor como sondas para el marcaje de FtsZ que contribuyan al estudio in vivo de la función de FtsZ en la división bacteriana. En concreto, los derivados de NBD 125 y 145-147 han demostrado tener un gran potencial para la visualización del anillo Z durante la división bacteriana. Asimismo, el empleo de estas sondas en ensayos de desplazamiento basados en la anisotropía de fluorescencia está permitiendo la identificación de nuevos inhibidores alostéricos de FtsZ Figura 1C.