Interação entre (R, S) zoxamida e ß-tubulina de Phytophthora infestans: avaliação do risco de resistência e da perda de função proteica por meio de dinâmica molecular

Abstract

A doença conhecida como requeima é um dos principais fatores bióticos que comprometem a produtividade da batateira e do tomateiro. A aplicação de oomicidas é a principal medida de controle desta doença causada por Phytophthora infestans. Dentre os ativos usados para o controle da requeima, a molécula química conhecida como zoxamida é destaque pela eficiência de controle e pela ausência de resistência conhecida em populações de P. infestans. Zoxamida tem seu sítio de ligação na ß- tubulina, prejudica a estabilidade de microtúbulos e impede a divisão celular. Neste trabalho, a utilização de métodos computacionais de modelagem molecular no sistema oomicida-alvo molecular, foi empregada na avaliação do risco de resistência a zoxamida em P. infestans. Neste contexto, a diversidade do sítio de ligação de zoxamida foi acessada pelo método de saturação de substituição. Simulações de dinâmica molecular foram utilizadas para caracterizar o sítio e o modo de ligação da zoxamida, assim como o impacto de alterações pontuais de resíduos de aminoácido contra (R,S)-zoxamida. A região da ß-tubulina, correspondente ao entorno do sítio de interação do oomicida, é pouco variável suportando menos de 18% do total do número de substituições teoricamente possíveis. A ligação dos isômeros de zoxamida no sítio de ligação é governada principalmente por seleção conformacional. ILE236, CYS239 e ANS247 são os principais resíduos de aminoácidos envolvidos na interação ß-tubulina-zoxamida. Aparentemente, dentre as interações importantes para a estabilidade do inibidor no sítio há ligações de halogênio. A diminuição na frequência e a perda de interações entre isômeros e sítio de ligação é um dos principais fatores que justificam a resistência. A resistência de P. infestans a zoxamida não apresenta impedimento à ocorrência do ponto de vista protéico. O uso de métodos computacionais de modelagem molecular permitiu compreender os eventos de ordem atômica que governam a interação entre oomicida-proteína. Os resultados deste estudo e as ferramentas aqui empregadas podem ajudar no design racional de outros oomicidas e fungicidas, tanto no estádio de pré-lançamento como no posterior monitoramento da eficiência no campo e risco de resistência. Palavras-chave: dinâmica molecular; requeima ; fungicida; oomicida; modelagem molecularLate blight is caused by the oomycete Phytophthora infestans and is one of the main biotic factors that compromise yields of potato and tomato crops. Management of late blight is almost exclusively dependent on the application of oomicides. Zoxamide is a site-specific active ingredient that affects ß-tubulina disrupting cell division. To date, there is no report of resistance in populations of P. infestans to zoxamide. The use of molecular modeling applied to the study of proteins can help in the evaluation of the resistance risk to zoxamide as to its different isomers. In this work, the diversity of the zoxamide binding site was assessed by the saturation substitution method. Molecular dynamics simulations were used to characterize the site and zoxamide binding mode, and the impact of specific amino acid residue changes against (R,S)-zoxamide was evaluated. The region around the site of interaction with the oomicide in P. infestans is slightly variable, supporting less than 18% of the total number of possible substitutions. The binding of zoxamide isomers at the site is governed primarily by conformational selection. Residues ILE236, CYS239 and ASN247 are the most important for ligand-protein interaction. A halogen bond appears to occur between protein-zoxamide and is reported here for the first time. The decrease in frequency and loss of interactions between isomers and binding site(s) is one of the main factors that explains resistance. There is no apparent hindrance to the occurrence of resistance in P. infestans to zoxamide. The use of computational molecular modeling methods allowed us to understand the atomic events that govern the oomicide- protein interaction. The results of this study and the tools employed here can aid in the rational design of oomicides and fungicides, both at the pre-release stage and in subsequent monitoring of field effectiveness and resistance risk. Keywords: molecular dynamics ; late blight ; fungicide ; oomicide; molecular modeling