Insight into the interaction mechanism of nicotine, NNK, and NNN with Cytochrome P450 2A13 based on molecular dynamics simulation

Abstract

A fumaça do tabaco contém várias substâncias tóxicas causadoras de câncer, incluindo nicotina e nitrosaminas 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK) e N'-nitrosonornicotina (NNN). O citocromo 2A13 está envolvido no metabolismo da nicotina e na ativação dos agentes pró-carcinogênicos NNK e NNN, por meio de reações de α-hidroxilação. Apesar da importância do citocromo 2A13 na biotransformação dessas moléculas, seu mecanismo conformacional e a base molecular envolvida no processo não são totalmente compreendidos. Neste estudo, usamos simulações de dinâmica molecular e análise de componentes principais para uma análise aprofundada dos movimentos essenciais de proteínas envolvidos na interação do citocromo 2A13 com seus substratos. Também avaliamos a interação desses substratos com os resíduos de aminoácidos no bolso de ligação do citocromo 2A13. Além disso, quantificamos a natureza dessas interações químicas a partir de cálculos de energia livre usando o método de Mecânica Molecular/Área de Superfície de Born Generalizada. Os ligantes permaneceram favoravelmente orientados em direção ao composto I (estado do citocromo P450 O=FeIV), para sofrer α-hidroxilação. A ligação de hidrogênio com a asparagina 297 foi essencial para manter os substratos em uma orientação catalítica favorável. O gráfico do primeiro movimento principal vs segundo movimento principal revelou que a interação da enzima com nicotina e NNK envolveu diferentes subgrupos conformacionais, enquanto os subgrupos conformacionais na interação com NNN são mais semelhantes. Esses resultados fornecem novos insights mecanicistas sobre o modo de interação dos substratos com o sítio ativo do citocromo 2A13, na presença do composto I, que é essencial para α-hidroxilação.