Rol de las metalochaperonas candidatas en el mecanismo de acción y resistencia a pirazinamida en Mycobacterium tuberculosis

Abstract

La tuberculosis es una enfermedad infecciosa ocasionada por la bacteria Mycobacterium tuberculosis (Mtb). En el esquema terapéutico, la pirazinamida (PZA) es considerada como uno de los fármacos claves en el tratamiento de la tuberculosis, tanto en la fase latente como activa de la enfermedad. Actualmente el mecanismo de acción de la droga no es comprendido en su totalidad, sin embargo, se sabe que el componente activo de la droga es el ácido pirazinoico (POA), el cual es producido mediante la acción de la enzima pirazinamidasa/nicotinamidasa (PZAsa) de Mtb. El principal mecanismo de resistencia a la PZA en Mtb se debe a mutaciones presentes en el gen pncA que codifica la enzima PZAsa. Sin embargo, no todas las cepas clínicas resistentes a PZA presentan mutaciones en este gen, por lo tanto, se propone que existe más de un mecanismo asociado a la resistencia. La enzima PZAsa es una metaloenzima cuyo cofactor metálico aún no se conoce específicamente; la presencia de este metal es crítico para la actividad enzimática de formación de POA que tiene la actividad anti-microbiana, la ausencia del metal inactiva a la PZAsa y genera resistencia a PZA en la bacteria. Estudios in vitro sugieren que la enzima PZAsa podría requerir de la acción de proteínas metalochaperonas para su activación. Por tanto, la pérdida de actividad de estas metalochaperonas, podría estar relacionado a la resistencia a PZA en Mtb. El presente estudio evaluó el efecto de la remoción individual de los genes Rv0944 y Rv2102, mediante la técnica ORBIT, sobre la tasa de eflujo de POA y susceptibilidad a PZA en M. tuberculosis. Los genes fueron seleccionados como posibles candidatos a metalochaperonas de la enzima PZAsa-Mtb por análisis bioinformático. La remoción individual de los genes Rv0944 y Rv2102 en Mtb resultó en una disminución parcial pero significativa (p=0.033 y p=0.000, respectivamente) de la tasa de flujo de POA y un ligero incremento en la resistencia a PZA en la bacteria.

Tuberculosis is an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb). In this infection, pyrazinamide (PZA) is considered one of the key drugs in the treatment of tuberculosis, both in the latent and active phases of the disease. Although, the mechanism of action of the drug is not fully understood, it is known that the pyrazinoic acid (POA) is the active component of the drug, which is produced by the action of the enzyme pyrazinamidase/nicotinamidase (PZAse) of Mtb. The primary mechanism of resistance to PZA is caused by mutations in the pncA gene that encodes the PZAse enzyme in Mtb. However, not all clinically resistant strains have mutations in this gene, suggesting more than one mechanism associated with PZA resistance. PZAse is a metalloenzyme, and the specific nature of the metal cofactor is not yet known. However, it has been demonstrated that this metal is a key factor for enzymatic activity. Therefore, the inactivation of PZAse due to the lack of the metal cofactor lead to resistance to PZA in Mtb. Evidence obtained from previous in vitro studies suggests that the PZAse enzyme may require metallochaperone proteins for activation. Thus, it is proposed that the loss of activity of these metallochaperones may be related to alternative mechanisms of resistance to PZA in Mtb. The present study assessed the individual removal of genes Rv0944 and Rv2102, using the ORBIT technique on the efflux rate of POA and the susceptibility to PZA in M. tuberculosis in vitro. The evaluated genes were selected in a bioinformatic study as metalochaperones candidates for the enzyme PZAse-Mtb. The individual removal of genes Rv0944 and Rv2102 resulted in a significant but partial decrease in POA efflux rate (p=0.033 and p=0.000, respectively) and a slight increase in resistance to PZA in Mtb.