• Homology Modeling
• Docking
• Anidrasi Carbonica
• Mycobacterium Tuberculosis

La tubercolosi, causata dal batterio Mycobacterium tuberculosis, è una malattia estremamente contagiosa e colpisce gran parte della popolazione mondiale. L’infezione da tubercolosi è comune nelle nazioni in via di sviluppo ed è rara, ma non insolita, in Europa occidentale, dove è spesso associata alla popolazione migrante. L’Organizzazione mondiale della sanità ha registrato 5,7 nuovi casi di tubercolosi ogni 100.000 abitanti in Italia nel 2013, mentre l’incidenza a livello europeo si assesta intorno a 39 casi per 100.000 abitanti. La Tubercolosi è una di quelle patologie che, grazie alla diffusione dei vaccini, sembravano essere state debellate e si sono invece riaffacciate significativamente nella nostra società. I micobatteri farmaco-resistenti mostrano una continua riduzione della sensibilità ai farmaci impiegati clinicamente, la maggior parte dei quali sono stati sviluppati 30-40 anni fa. C'è quindi un enorme interesse per i nuovi farmaci antitubercolosi, basati su meccanismi d’azione alternativi rispetto all’antibiotico usato nella clinica. Il completo sequenziamento del genoma del Mycobacterium tubercolosis ha facilitato l'identificazione di alcune proteine come possibili nuovi bersagli farmacologici.
Tra le nuove proteine identificate ci sono anche tre β-anidrasi carboniche. Le anidrasi carboniche (CAs) sono un gruppo di metalloenzimi molto diffusi in tutti gli organismi, che catalizzano la reazione di idratazione reversibile dell’anidride carbonica a bicarbonato. Il meccanismo catalitico delle β -CAs è conosciuto in dettaglio: il sito attivo è rappresentato da uno ione Zn(II) che coordina due residui di cisteina, una istidina (in alcune isoforme, più un residuo di aspartato) e una molecola d’acqua/ione idrossido. Quest’ultima costituisce la specie attiva, agendo come un potente nucleofilo. Gli isoenzimi CA presenti negli organismi di tutto l’albero filogenetico svolgono varie ed importanti funzioni fisiologiche e fisio-patologiche relative alla respirazione e al trasporto della CO2/bicarbonato tra i tessuti metabolizzanti e i polmoni, al pH e all’omeostasi della CO2, alla secrezione di elettroliti in una varietà di tessuti/organi, alle reazioni biosintetiche, come la gluconeogenesi, la lipogenesi e l’ureogenesi, alla tumorigenicità, alla crescita e virulenza dei vari patogeni. Il Mycobacterium tuberculosis contiene tre geni per le β-CA nel suo genoma: Rv1284 (codificante per la proteina mtCA 1), Rv3588c (codifica la mtCA 2) e Rv3273 (che codifica il terzo enzima mtCA 3). Ad oggi, solo mtCA-1 e mtCA-2 sono state purificate e cristallizzate. E' stata osservata un elevata variabilità di sequenza tra le diverse isoforme batteriche, evidenza che potrebbe spiegare le differenze nell'attività catalitica ed affinità verso gli inibitori. Vengono comunque conservati alcuni residui aminoacidici in punti specifici della sequenza, che sembra siano essenziali allo svolgimento dell'attività enzimatica. L’attività catalitica di questi enzimi risulta altamente suscettibile all’inibizione da parte di solfonamidi e solfammati, che rappresentano una delle principali classi degli inibitori delle anidrasi carboniche (CAI). Alcuni di questi composti risultano impiegati anche nella pratica clinica come agenti diuretici, antiepilettici, antiglaucoma ed antiinfiammatori.
Ad oggi, nessuno studio razionale di drug design è stato effettuato per meglio individuare gli CAI attivi sulle CA batteriche, ma gli studi preliminari di screening sono davvero promettenti, dal momento che sono stati identificati molti lead compounds efficaci e piuttosto selettivi. La mancanza di strutture cristallografiche dei complessi mtCA-inibitore, e in particolare della mtCA-3 di cui è nota solo la sequenza amminoacidica, rende difficile uno studio comparativo tra le tre isoforme di CA micobatterica. Scopo di questa Tesi è proprio lo studio tramite tecniche computazionali di nuovi inibitori della CA micobatterica e la definizione delle caratteristiche necessarie per ottimizzare la loro attività e selettività. L’ottenimento di un modello 3D per la mtCA-3 é fondamentale per evidenziare le basi dell’attività inibitoria e della selettività dei CAI. Tale modello è stato sviluppato per omologia utilizzando come “stampo” tre diversi template, non essendo disponibile alcuna struttura tridimensionale di enzimi con alta omologia di sequenza. Perfino le stesse CA batteriche, note e cristallizzate, possiedono una percentuale di omologia piuttosto bassa rispetto alla mtCA-3. I modelli ottenuti sono stati validati utilizzando l’interazione con i composti noti e testati sulle tre isoforme; la predizione delle attività note varia in un intervallo di Q2 piuttosto buono (0.5-0.8). Lo sviluppo di modelli molecolari permetterà di effettuare studi di predizione su questo nuovo target mirati ad identificare nuovi inibitori che comprovino la validità di questi enzimi come bersagli farmacologici efficaci. Utilizzando tecniche computazionali come Homology Modelling, Docking e costruzione di modelli 3D-QSAR, questa Tesi rappresenta il primo studio teorico di possibili nuovi inibitori delle mtCA.