Mapeamento e caracterização mecanística da interação da proteína humana HspA5 (BiP/Grp78/erHsp70) com a co-chaperona humana Hep1 e com a proteína Spike do Coronavírus SARS-CoV-2

• Processo: 20/15947-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Julio Cesar Borges
• Beneficiário: Noeli Soares Melo da Silva
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 17/26131-5 - Chaperoma: estudo da relação entre a estrutura dos seus componentes e a manutenção da proteostase, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/01205-4 - Mapeamento de interação das três proteínas HSP70 citosólicas humanas induzidas por calor HSPA1A, HSPA1L e HSPA6: identificação de co-chaperonas parceiras e seletividade de clientes, BE.EP.PD
• Assunto(s): Proteínas Proteínas de choque térmico HSP70 Chaperonas moleculares Glicoproteína da espícula de Coronavirus Interactoma SARS-CoV-2 Betacoronavirus COVID-19
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Co-chaperonas | Covid-19 | Hsp70 | Proteínas

Resumo

As proteínas de choque térmico de 70 kDa (Hsp70) são chaperonas moleculares que atuam no controle da qualidade proteica celular. Elas são proteínas monoméricas, ubíquas, altamente conservadas e são compostas por um Domínio de Ligação a Nucleotídeos (DLN) e um Domínio de Ligação a Peptídeos/substratos (DLP). Para direcionar seu ciclo funcional, as Hsp70 contam com o auxílio de nucleotídeos adenosina e de proteínas auxiliares: as co-chaperonas. A HspA5 (Grp78/BiP/erHsp70) é a isoforma da Hsp70 humana que reside principalmente no Retículo Endoplasmático (RE) e desempenha diversos papeis celulares essenciais, como enovelamento e reenovelamento de proteínas, regulação desinalização celular, resposta a proteínas desenoveladas, regulação da homeostase de cálcio, etc. Devido a esses papeis, a HspA5 tem sido amplamente estudada como alvo terapêutico em diferentes tipos de doenças, incluindo a COVID-19. É sabido que em condições de estresse, a HspA5 pode se deslocar para amembrana plasmática e atuar como receptor celular, interagindo com proteínas virais, como a proteína Spike do novo Coronavírus. Diferentes estudos também têm demonstrado que a HspA5 está presente nas mitocôndrias, no entanto sua rede de interações na mitocôndria é pouco estabelecida. Dados do grupo de Bioquímica e Biofísica de Proteínas (IQSC/USP) demostraram, de forma inédita, a interação estável entre o DLN da HspA5 e a proteína Hsp70-escort protein 1 humana (hHep1). Apesar da hHep1 ter sido reportada como uma co-chaperona exclusiva da Hsp70 mitocondrial humana (HspA9, mortalina), dados dogrupo de pesquisa demostram que a hHep1 está também presente no nucleoplasma, e que esta modula a atividade ATPásica da HspA1A (principal Hsp70 humana induzível). Portanto, a hHep1 pode modular outras Hsp70 presentes no nucleoplasma e mitocôndria. Neste contexto, esse projeto propõe: i) mapear a interação in vitro da HspA5 com o domínio de ligação ao receptor (RBD) da proteína Spike do SARSCov2 e ii) caracterizar o mecanismo de interação entre a HspA5 e a hHep1, bem como obter o interatoma destas proteínas. Para isso, as proteínas recombinantes HspA5 humana e a RBD_Spike serão expressas e purificadas, a fim de se estudar a formação do complexo proteico por meio de técnicas biofísicas. Neste contexto, as proteínas recombinantes HspA1A e HspA8 serão utilizadas para fins comparativos. Adicionalmente, expressar e purificar os somínios heterólogos DLN e DLP da HspA5 humana e a hHep1, a fim de realizar a caracterização mecanística comparativa da interação da hHep1 com a HspA5 e seus domínios. Os efeitos da hHep1 sobre a atividade ATPásica da HspA5 também serão avaliados, além de ensaios comparativos da ação da hHep1 sobre a prevenção de proteólise e de agregação/oligomerização doDLN das proteínas HspA1A e HspA5. Ademais, serão realizados ensaios celulares a fim de avaliar a colocalização entre a HspA5 e hHep1, e mapear a potencial interação entre elas e suas parceiras celulares, por meio do método BioID combinado a espectrometria de massas. Posteriormente, também objetiva-se caracterizar a interação entre o DLN_HspA5 com a hHep1 por meio de cristalografia de proteínas. Dados do grupo de pesquisa indicam que avaliação da interação da hHep1 com a HspA1A ou HspA9 tem limitações técnicas (interações pouco estáveis ou quantidades delimitadas das Hsp70). Portanto, a interação estável com a HspA5 pode permitir uma análise comparativa das diferentes Hsp70 humanas e permitir avanços consideráveis no entendimento dos mecanismos moleculares da hHep1 sobre as Hsp70 humanas. Dessa forma, será realizado um estudo aprofundado da HspA5 com o intuito de elucidar processos de interações proteicas diferenciais e, consequentemente, obter uma análise integrada dos processos celulares aos quais a hHep1 está envolvida. Portanto, o conhecimento resultante desse projeto poderá servir como base para o desenvolvimento de novas abordagens para o tratamento de doenças humanas, incluindo a COVID-19. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SILVA, NOELI S. M.; SIEBENEICHLER, BRUNA; OLIVEIRA, CARLOS S.; DORES-SILVA, PAULO R.; BORGES, JULIO C.. The regulation of the thermal stability and affinity of the HSPA5 (Grp78/ BiP) by clients and nucleotides is modulated by domains coupling. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, v. 1872, n. 5, p. 13-pg., 2024-07-18. (20/15947-7, 14/07206-6, 19/14209-5, 17/26131-5, 12/50161-8, 14/16646-0, 17/07335-9)

COTO, AMANDA LAIS DE SOUZA; PEREIRA, ARTHUR ALEXANDRE; OLIVEIRA, SABRINA DORTA; MORITZ, MILENE NOBREGA DE OLIVEIRA; DA ROCHA, ARTHUR MORAES FRANCO; DORES-SILVA, PAULO ROBERTO; DA SILVA, NOELI SOARES MELO; NOGUEIRA, ANA RITA DE ARAUJO; GAVA, LISANDRA MARQUES; SERAPHIM, THIAGO VAGAS; et al. Structural characterization of the human DjC20/HscB cochaperone in solution. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, v. 1872, n. 1, p. 12-pg., 2023-10-26. (20/15947-7, 14/07206-6, 17/26131-5, 14/16646-0, 21/02289-4, 12/50161-8, 19/22422-0, 17/07335-9)