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Detecção e caracterização de cavidades proteicas através de computação paralela e descritores moleculares

Processo: 18/00629-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de outubro de 2018 - 30 de setembro de 2020
Área do conhecimento:Interdisciplinar
Pesquisador responsável:Paulo Sergio Lopes de Oliveira
Beneficiário:Paulo Sergio Lopes de Oliveira
Instituição-sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (Brasil). Campinas , SP, Brasil
Pesq. associados:João Victor da Silva Guerra ; José Geraldo de Carvalho Pereira ; Rodrigo Vargas Honorato
Assunto(s):Biologia computacional  Computação paralela 

Resumo

A prospecção e caracterização de sítios de ligação são tarefas essenciais na análise estrutural de proteínas, permitindo uma melhor compreensão das complexas interações macromoleculares. Características topológicas e físico-químicas apresentadas na interface de contato ditam as funções das proteínas. O avanço da proteômica na última década tem trazido à tona um repositório praticamente inesgotável de possíveis alvos para fármacos e o desenvolvimento de métodos computacionais para prospecção e caracterização de sítios de ligação em proteínas é essencial para descoberta e melhoramento de fármacos além de para aprofundar os conhecimentos acerca da função de uma determinada proteína. Os programas desenvolvidos para prospecção de cavidades são divididos em três categorias de acordo com o método aplicado: geométricos, energéticos ou evolutivos, além de combinações dos mesmos. O programa KVFinder, desenvolvido em nosso laboratório, utiliza uma abordagem geométrica, tem código livre e aberto e é distribuído gratuitamente. Com a finalidade de garantir máxima usabilidade foi desenvolvida uma interface gráfica para o software de visualização PyMOL. A prospecção é feita através de voxels, aplicando-se um sistema de dupla sonda, resultando na inserção da proteína a ser analisada em duas grades tridimensionais distintas, que ao final são subtraídas para a caracterização das cavidades. A implementação atual do KVFinder é baseada em computação serial e a natureza geométrica do algoritmo gera uma alta demanda por recursos computacionais. Esta proposta de pesquisa visa melhorar o programa KVFinder com a obtenção dos seguintes objetivos: 1) Criação de uma versão paralela do software, desde que que as operações matriciais do algoritmo podem ser aplicadas em cada voxel de maneira independente; 2) Utilização de características físico-químicas para identificar cavidades relevantes e guiar o desenho racional de fármacos, Uma vez que as interações de uma cavidade são são regidas por essas características, que ao final, determinam a função biológica da proteína; 3) Criação de uma rotina para a avaliação de cavidades em uma trajetória obtida por simulação de dinâmica molecular. Desde que compreende-se que a dinâmica das cavidades é uma componente essencial para o entendimento de suas interações, pois a flexibilidade estrutural permite a adaptação das proteínas aos ligantes faz com que a avaliação dinâmica das modificações topológicas das cavidades seja extremamente relevante, aliado ao fato de que a paralelização do algoritmo obtida no objetivo 1 torna este objetivo exequível e; 4) A implementação e distribuição do KVFinder como uma plataforma web e como um web service, possibilitando a análise de dados de larga escala para o usuário não especializado em bioinformática. Por exemplo, a prospecção e caracterização de sítios de ligação em várias proteínas de uma mesma família ou grupo, com o objetivo de encontrar a conservação desses sítios, se tornaria plausível a pesquisadores da comunidade sem experiência em programação. (AU)

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