Decodificando la diversidad catalítica de los citocromos p450 bacterianos mediante métodos bioinformáticos

Dumas, Victoria Gisel

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	quimica
Título:	Decodificando la diversidad catalítica de los citocromos p450 bacterianos mediante métodos bioinformáticos
Título alternativo:	Decoding bacterial p450 cytochromes catalytic diversity by informatic methods
Autor:	Dumas, Victoria Gisel
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Departamento de Química Biológica (DQB)
Publicación en la Web:	2018-12-15
Fecha de defensa:	2016-08-12
Fecha en portada:	2016
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica
Departamento Docente:	Departamento de Química Biológica
Director:	Martí, Marcelo Adrián
Jurado:	Parisi, Daniel G.; Nusblat, Alejandro D.; Calvo, Juan Carlos
Idioma:	Español
Palabras clave:	CITOCROMOS P450 BACTERIANOS; MECANISMO DE REACCION; PREDICCION DE FUNCION; BIOINFORMATICA; QM-MM; DOCKING; MODELADO POR HOMOLOGIA; CONTEXTO GENICOBACTERIAL CYTOCHROMES P450; REACTION MECHANISM; FUNCTION PREDICTION; BIOINFORMATICS; QM-MM; DOCKING; HOMOLOGY MODELLING; GENE CONTEXT
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6046_Dumas
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6046_Dumas.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6046_Dumas
Ubicación:	QUI 006046
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Dumas, Victoria Gisel. (2016). Decodificando la diversidad catalítica de los citocromos p450 bacterianos mediante métodos bioinformáticos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6046_Dumas

Resumen:

Los citocromos p450 bacterianos (CYPs) son una familia de enzimas que poseen una enorme diversidad funcional y una amplia capacidad para llevar a cabo diferentes reacciones de oxidación sobre sus sustratos, que van desde pequeñas moléculas aromáticas como el alcanfor, pasando por algunas más grandes como el colesterol o la vitamina D, hasta moléculas enomes como los antibióticos macrólidos. Lo cierto es que estas enzimas contribuyen de manera significativa a la generación de una gran variedad de productos naturales, muchos de ellos con un enorme potencial biotecnológico. Es por ello que determinar el rol de los CYPs en la producción de estos metabolitos es esencial para comprender su biosíntesis y posible rol fisiológico. Considerando que los CYPs desarrollan funciones sumamente importantes para la vida de los microorganismos, comprender su función constituye un objetivo de alta relevancia biológica. De la vasta cantidad de reacciones que son capaces de catalizar estas enzimas, algunas han sido ya extensamente estudiadas, pero muchas otras permanecen aún completamente desconocidas. Por esta razón, en la presente tesis, se procedió en primer término al estudio del mecanismo de reacción de un CYP esencial para la viabilidad de Mycobacterium tuberculosis, -denominado CYP121- cuya reacción es poco común en esta familia de enzimas. Mediante la aplicación de diversas técnicas de simulación computacional se consiguió arribar a una propuesta mecanística detallada de su funcionamiento con una mirada fisicoquímica. A continuación, se procedió a realizar un estudio general de los determinantes estructurales que dan lugar a la diversidad funcional en los CYPs, con el objeto de poder predecir in-silico el rango de sustratos y reacciones catalizadas por estas enzimas. Conseguir hacer tales predicciones es un objetivo clave, dado que el reciente crecimiento exponencial en la secuenciación de diferentes microorganismos ha resultado en la anotación de miles de secuencias a este grupo de proteínas, las cuales en su mayoría carecen de información funcional. Este estudio derivó en el desarrollo de un pipeline bioinformático que tomando como punto de partida la secuencia de un dado CYP y analizando una serie de propiedades, permite predecir la reacción que éste cataliza. En su conjunto, la presente tesis presenta un estudio detallado del mecanismo de reacción del CYP121 de Mycobacterium tuberculosis, el cual dada la esencialidad de esta enzima, podría resultar importante para el desarrollo de drogas para el tratamiento de la tuberculosis; junto con una caracterización de la diversidad funcional de la familia de los citocromos p450s bacterianos y una herramienta que permite predecir la función de un determinado CYP partiendo solamente de su estructura primaria.

Abstract:

Bacterial p450 cytochromes (CYPs) are a family of enzymes that have an enormous functional diversity and great capacity to carry out different oxidation reactions on their substrates, which vary from small aromatic molecules such as camphor, to some larger as cholesterol or vitamin D up to huge molecules such as macrolide antibiotics. The fact is that these enzymes contribute significantly to the generation of a variety of natural products, many of them with huge potential biotechnological applications. Therefore, determining the CYPs’ role in the production of these metabolites is essential to understand their biosynthesis and potential physiological role. Whereas the CYPs develop extremely important functions for microorganisms life, understand their function is of uttermost biological relevance. Among the vast amount of reactions which are capable of catalyzing these enzymes, some have already been extensively studied, but many others remain still unknown. For this reason, in this thesis, we proceeded first to the study of the reaction mechanism of a CYP essential for the viability of Mycobacterium tuberculosis, -called CYP121- whose reaction is unusual in this family of enzymes. By applying different computer simulation techniques we were able to arrive at a detailed mechanistic proposal for the role of this enzyme. Following we proceeded to conduct a comprehensive study of the structural determinants that lead to functional diversity in CYPs, in order to be able to predict in-silico the range of substrates and reactions catalyzed by these enzymes. Becoming able to make such predictions is a key objective, since the recent exponential growth in the sequencing of different microorganisms has resulted in the entry of thousands of sequences to this group of proteins, mostly lacking of functional information. This study led to the development of a bioinformatic pipeline that taking as a starting point a given CYP’s sequence and by analyzing a number of properties, is able topredict what reaction it catalyzes. As a whole, this thesis presents a detailed study of the Mycobacterium tuberculosis CYP121 reaction mechanism, which given the essential nature of this enzyme, it may be important for the development of drugs for tuberculosis treatment; along with a characterization of the functional diversity of bacterial cytochrome P450s’ family and a tool for predicting a particular CYP’s function based only on its primary structure.

Citación:

---------- APA ----------

Dumas, Victoria Gisel. (2016). Decodificando la diversidad catalítica de los citocromos p450 bacterianos mediante métodos bioinformáticos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6046_Dumas

---------- CHICAGO ----------

Dumas, Victoria Gisel. "Decodificando la diversidad catalítica de los citocromos p450 bacterianos mediante métodos bioinformáticos". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2016.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6046_Dumas

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