Efecto de la pirazinamida sobre la ruta biosintética de coenzima A en Mycobacterium tuberculosis bajo condiciones de estrés

Abstract

La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa causada por el bacilo Mycobacterium tuberculosis (MTB), que puede permanecer en estado de infección latente. La pirazinamida (PZA), prodroga, elimina eficientemente los bacilos en estado latente, evitando el relapso de la TB. Sin embargo, el mecanismo de acción de la droga activa: ácido pirazinoico (POA), sigue siendo desconocido. Recientemente ha tomado relevancia una propuesta de mecanismo de acción para PZA: POA inhibiría la biosíntesis de Coenzima A, mediante la degradación de la enzima L-aspartato descarboxilasa (PanD). La unión de POA a PanD tendría un débil efecto inhibidor, pero propiciaría la degradación de esta enzima por la proteasa caseinolítica ClpC1-ClpP. Así lo demuestra el hecho de que POA reduce los niveles endógenos de PanD, enzima que cataliza la reacción de conversión de L-aspartato a β-alanina, uno de los pasos iniciales en la biosíntesis de CoA. Además, un análisis metabolómico en M. bovis BCG, evaluó el efecto de POA en los intermediarios de la ruta biosintética de CoA, observándose una reducción de los niveles de β-alanina y de los demás metabolitos posteriores a la reacción catalizada por PanD. In vivo, los bacilos latentes de MTB están expuestos a condiciones de estrés, siendo las más representativas: pH ácido, inanición e hipoxia. Curiosamente, se ha propuesto que los factores estresantes conducen un cambio de fenotipo en MTB, hacia un estado en el que la diana de POA sea esencial para su supervivencia. Sin embargo, aún no hay estudios que consideren los principales factores estresantes presentes en el estado de latencia de MTB, en el mecanismo de acción de PZA. Es por esto que, el presente proyecto plantea realizar un análisis metabolómico para evaluar el efecto de la PZA en los intermediarios de la ruta biosintética de CoA en MTB, sometida a los principales factores de estrés relacionados con el estado de latencia: pH ácido, inanición e hipoxia. Integrando así, la influencia de las condiciones de estrés presentes en el estado de latencia de MTB y el mecanismo de acción propuesto de la PZA.

Tuberculosis (TB) is an infectious disease caused by the bacillus Mycobacterium tuberculosis (MTB), which can remain in a latent state of infection. Pyrazinamide (PZA), a prodrug, efficiently eliminates the bacilli in a latent state, preventing the relapse of TB. However, the mechanism of action of the active drug, pyrazinoic acid (POA), remains unknown. Recently, a proposed mechanism of action for PZA has become relevant: POA would inhibit the biosynthesis of Coenzyme A, through the degradation of the enzyme L-aspartate decarboxylase (PanD). The binding of POA to PanD would have a weak inhibitory effect, but would promote the degradation of this enzyme by the caseinolytic protease ClpC1-ClpP. This is demonstrated by the fact that POA reduces endogenous levels of PanD, an enzyme that catalyzes the conversion reaction of L-aspartate to β-alanine, one of the initial steps in CoA biosynthesis. In addition, a metabolomic analysis in M. bovis BCG, evaluated the effect of POA on the intermediates of the CoA biosynthetic pathway, observing a reduction in the levels of β-alanine and the other metabolites downstream of the PanD-catalyzed reaction. In vivo, latent MTB bacilli are exposed to stress conditions, the most representative being: acidic pH, starvation and hypoxia. Interestingly, it has been proposed that stressors drive a phenotype shift in MTB, towards a state in which POA targeting is essential for their survival. However, there are still no studies that consider the main stressors present in the MTB latency state in the mechanism of action of PZA. For this reason, the present project proposes to perform a metabolomic analysis to evaluate the effect of PZA on the intermediates of the CoA biosynthetic pathway in MTB, subjected to the main stress factors related to the latency state: acid pH, starvation and hypoxia. Thus, integrating the influence of the stress conditions present in the MTB dormancy state and the proposed mechanism of action of PZA.