Mecanismo de ação da enzima protease de serina NS2B-NS3 do vírus da Dengue

Abstract

A Dengue é uma doença que atinge milhões de pessoas em todo o mundo, e pode levar à morte. O Brasil é o país que apresenta o maior número de casos combinados de Dengue e febre hemorrágica da Dengue (D/FHD). No entanto, não existem medicamentos específicos para o tratamento de D/FHD e, uma vez infectado, as recomendações da OMS estão limitadas à observação e tratamento sintomático. Esforços recentes têm revelado uma série de proteínas essenciais para o ciclo de vida do vírus do Dengue, que podem ser utilizados como alvos para novos medicamentos. O objetivo deste estudo é entender o mecanismo de ação de uma dessas enzimas, a proteína não estrutural NS3 protease complexada com o seu cofator NS2B (NS2B-NS3), responsável pela clivagem da poliproteína viral durante a etapa de replicação do vírus, e a compreensão da interação desta proteína com um inibidor e dois modelos do substrato através de estudos de dinâmica molecular. Aqui usamos DM-QM/MM e Umbrella Sampling para estudar o primeiro passo (acilação) da reação catalisada pela NS2B-NS3, usando o método semi-empírico PDDG/PM3 para o subsistema QM, e o campo de força Amber FF99SB para o subsistema MM. É necessária a construção de um modelo estrutural que represente a NS2B-NS3 protease na forma ativa (fechada), chamada DENF2f, e o estudo do comportamento dos sistemas por dinâmica molecular da estrutura NS2B-NS3 inativa (aberta), DENV2a, assim como o modelo de estrutura ativa na presença de um inibidor, e também com dois modelos diferentes de substrato, a fim de conhecer as peculiaridades de cada sistema e validar o modelo estrutural da NS2B-NS3 protease ativo do vírus da Dengue. Os resultados revelam que a protease NS2B-NS3 pode existir também na conformação fechada em solução, mesmo na ausência do inibidor. O DENV2f revelou-se um modelo realístico para o estudo de modelagem para triagem de inibidores, assim como para o estudo do mecanismo de reação durante a replicação viral. Com relação ao mecanismo de reação, nossos resultados indicam que o ataque nucleofílico da SER117 sobre o substrato ocorre gradualmente, em que uma transferência de próton para a HIS33 primeiro ativa a SER117, que só depois ataca o substrato. O passo determinante para velocidade de reação é a ativação da SER117, com uma barreira de 24,1 kcal/mol. A cavidade oxiânion é formada por moléculas de água que estabilizam a carga negativa formada sobre o oxigênio carboxílico do substrato. O passo final da reação é a transferência do próton da HIS33 ao nitrogênio do substrato, o que acontece com uma barreira de ativação mais baixa de 5,1 kcal/mol, e induz diretamente a quebra da ligação peptídica.