Dalla catalisi all’inibizione della crescita da contatto: le molteplici funzioni di O-acetilserina sulfidrilasi batterica

CysK, uno degli isoenzimi di O-acetilserina sulfidrilasi (OASS) presenti in piante e batteri, è un enzima studiato da molto tempo ed il suo ruolo fisiologico nella sintesi della cisteina è stato ben definito. Recentemente sono state scoperte altre funzioni apparentemente non collegate alla sua funzione enzimatica (moonlighting). Una di queste è l’attivazione di una tossina ad attività tRNAsica, CdiA-CT, coinvolta nel sistema di inibizione della crescita da contatto (CDI) di ceppi patogeni di E. coli. In questo progetto abbiamo studiato il ruolo di CysK nel sistema CDI e la formazione di complessi con due differenti partner proteici: CdiA-CT e CysE (serina acetiltransferasi, l’enzima che catalizza la reazione precedente nella biosintesi della cisteina). I due complessi hanno le stesse caratteristiche spettrofluorimetriche e affinità molto simili, ma la cinetica di raggiungimento dell’equilibrio per il complesso tossina:CysK è più lenta che per il complesso CysE:CysK (cisteina sintasi). In entrambi i casi la formazione veloce di un complesso d’incontro è seguita da un riarrangiamento conformazionale che porta alla formazione di un complesso ad alta affinità. L’efficienza di formazione del complesso cisteina sintasi è circa 200 volte maggiore rispetto al complesso CysK:tossina. Una differenza importante, oltre alla cinetica di formazione dei complessi, è la stechiometria di legame. Infatti mentre CysE riesce a legare solo uno dei due siti attivi del dimero di CysK, nel complesso con CdiA-CT entrambi i siti attivi dell’enzima risultano essere occupati. Le cellule isogeniche esprimono un peptide inibitore della tossina (CdiI), e sono quindi resistenti all’azione tRNAsica. Tuttavia, siccome CdiI non altera la formazione del complesso CdiA-CT:CysK, CdiA-CT può esercitare comunque un ruolo nel metabolismo della cisteina e quindi nella fitness dei batteri isogenici, attraverso il legame e l'inibizione di CysK e la competizione con CysE. La via biosintetica della cisteina, un precursore di molecole riducenti, risulta essere molto importante per i batteri soprattutto in condizioni avverse come all’interno dei macrofagi nelle infezioni persistenti. Perciò questa via metabolica è di interesse per lo sviluppo di nuovi antibiotici, e in particolare le due isoforme dell’OASS negli enterobatteri, CysK e CysM, sono potenziali target per lo sviluppo di nuove molecole ad azione antibatterica. Partendo dall’analisi delle modalità di interazione con CysK del suo partner ed inibitore fisiologico, CysE, si è studiato dapprima l’interazione di pentapeptidi che mimassero la regione C-terminale di quest'ultimo, e in base ai dati ottenuti sono stati sviluppati piccoli ligandi sintetici. La struttura generale di questi composti è costituita da un gruppo acido ed un gruppo lipofilo, separati da un linker ciclopropanico che mantiene questi due gruppi in conformazione trans, ottimale per l’interazione col sito attivo dell’enzima. Sulla base di queste considerazioni, di docking in silico e di dati sperimentali ottenuti con la tecnica dell’STD-NMR e con saggi di binding spettrofluorimetrici, si è potuta realizzare una analisi di relazione struttura-attività che ha portato via via all’ottimizzazione dei ligandi. Il composto più affine che è stato finora ottenuto ha una costante di dissociazione nel range del nanomolare per entrambe le isoforme, ed è un ottimo punto di partenza per lo sviluppo di nuovi farmaci.

Effect of lactose solid-state on the aerosolization performance of drug-carrier mixtures

Lactose, in particular α-lactose monohydrate, is the most used carrier for inhalation. Its surface and solid-state properties are of paramount importance in determining drug aerosolization performance. However, these properties may be altered by processing, such as micronization, thus affecting the product performance and stability. The present research project focused on the study of the effect of lactose solid-state on the aerosolization performance of drug-carrier mixtures, giving particular attention to the impact of micronization on lactose physico-chemical properties. The formation of a fraction of hygroscopic anhydrous α-lactose, rather than amorphous lactose, as a consequence of the mechanical stress stemming from micronization was evidenced by 1H NMR, XRPD and DSC analyses performed on samples of micronized lactose. The development of a new DVS method capable to identify and quantify different forms of α-lactose (hygroscopic anhydrous, stable anhydrous and amorphous), even simultaneously present in the same sample, confirmed the results obtained with the above-mentioned techniques. The influence of lactose solid-state on drug respirability was then evaluated through the preparation and in vitro aerodynamic assessment of ternary and binary mixtures containing two different drugs. In particular, the use, as carriers, of anhydrous forms of α-lactose in place of the conventional α-lactose monohydrate resulted in significantly improved respirability in the case of salbutamol sulphate and poorer performance in the case of budesonide. In an attempt to rationalize the obtained results, IGC was selected as a tool to investigate possible variations in the surface energy of the studied lactose carriers and APIs. A direct correlation between the total surface free energy of lactose carriers and drug respirability was not found. However, salbutamol sulphate and budesonide exhibited different specific surface free energy, to which the difference in the aerosolization performance may be, at least in part, ascribed.