Selección de un aptámero de ARN que se acople molecularmente a los dominios adhesión de las adhesinas de helicobacter pylori mediabte un enfoque computacional

Abstract

RESUMEN La infección por H. pylori se ha convertido en un problema de salud pública debido a la resistencia bacteriana a los antibióticos de tratamiento, la prevalencia de la infección a nivel mundial y su papel en el desarrollo de carcinoma gástrico y el linfoma del tejido linfoide asociado a la mucosa gástrica (MALT). En nuestro grupo de trabajo, la búsqueda de nuevos blancos terapeúticos para erradicar la infección por H. pylori, apuntó a hacia las adhesinas de la familia del lúpulo (Hop), proteínas de la membrana externa (OMP´s) de la bacteria que actúan como factores de virulencia en el proceso de adhesión del patógeno a las células epiteliales gástricas del humano, un proceso crucial para el establecimiento de la infección. Una alternativa novedosa para el tratamiento y erradicación de H. pylori, es el uso de aptámeros de ARN que con el desarrollo las metodologías clásicas de asignación de aptámeros in silico y la asignación de fármacos mediante métodos computacionales, ambos validados experimentalmente, han conferido validez a la bioinformática en la investigación científica, disminuyendo además los tiempos y costos de experimentación. Los resultados de nuestro trabajo in silico muestran que los nueve aptámeros de ARN seleccionados para cada adhesina de la familia Hop predicen una sola conformación tridimensional estable termodinámicamente. Además, se predijo parches electrostáticos positivos de unión a ARN en el exodominio de adhesión de las adhesinas cristalizadas y modeladas con su respectiva validación estereoquímica, que se confirmó con la predicción de interacción positiva aptámero-adhesina y con el acoplamiento molecular dirigido al parche electrostático positivo, mostrando una alta afinidad, especificidad y selectividad por la estructura homologa de mango-cabeza-corona de cada adhesina, que se perdió al realizar seis mutaciones simultáneas en residuos de aminoácidos conservados por arriba del 70% ubicados en el área de interfas aptámero-adhesina. Además, no se observó reactividad cruzada con otras adhesinas como HpaA de H. pylori y FimH de E. coli, lo que redundaría a futuro en nuevos esquemas de tratamiento para la erradicación de la infección de H. pylori mediante la inhibición de su mecanismo de adhesión. No obstante, estamos reportando por primera la conservación de regiones de aminoácidos involucrados en la formación de la estructura de mango-cabeza-corona de las adhesinas AlpA, AlpB, BabB, LabA, OipA, HopZ y HopQ y presentámos su modelado molecular. ABSTRACT H. pylori infection has become a public health problem due to bacterial resistance to antibiotic treatment, the prevalence of the infection worldwide and its role in the development of gastric carcinoma and gastric mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma (MALT). In our group, the search for new therapeutic targets to eradicate H. pylori infection was focused on adhesins of the Hop family, outer membrane proteins (OMPs) of the bacterium that act as virulence factors in the process of pathogen adhesion to human gastric epithelial cells, a crucial process for the establishment of the infection. A novel alternative for the treatment and eradication of H. pylori is the use of RNA aptamers that, with the development of classical methodologies of in silico aptamer assignment and drug assignment by computational methods, both experimentally validated, have given validity to bioinformatics in scientific research, also reducing the time and costs of experimentation. The results of our in silico work show that the nine RNA aptamers selected for each adhesin in the Hop family predict a single thermodynamically stable three-dimensional conformation. Furthermore, positive electrostatic RNA-binding patches were predicted in the binding exodomain of the crystallized and modeled adhesins with their respective stereochemical validation, which was confirmed by the predicted positive aptameradhesin interaction and molecular docking directed to the positive electrostatic patch, showing high affinity, specificity and selectivity for the homologous handle-head-crown structure of each adhesin, which was lost by performing six simultaneous mutations in amino acid residues conserved above 70% located in the aptamer-adhesin interface area. Furthermore, no cross-reactivity was observed with other adhesins such as HpaA from H. pylori and FimH from E. coli, which could lead to new treatment schemes for the eradication of H. pylori infection by inhibiting its adhesion mechanism. Nevertheless, we are reporting for the first time the conservation of amino acid regions involved in the formation of the handle-head-crown structure of the adhesins AlpA, AlpB, BabB, LabA, OipA, HopZ and HopQ and present their molecular modeling.