Simulações computacionais de desenovelamento de proteína e complexação de ligantes com amostragem aumentada

Autor(es)

Ariane Ferreira Nunes Alves

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Conjunto das Químicas (IQ e FCF) (CQ/DBDCQ)
• Data de defesa: 2017-11-23

Membros da banca

Guilherme Menegon Arantes; Ernesto Raul Caffarena; Sandro Roberto Marana; Paulo Augusto Netz

• Orientador: Guilherme Menegon Arantes

Resumo

Simulações moleculares podem fornecer informações e detalhes mecanísticos que são difíceis de obter de experimentos. No entanto, fenômenos bioquímicos como formação de complexos proteína-ligante e desenovelamento de proteína são lentos e difíceis de amostrar na escala de tempo geralmente atingida por simulações de dinâmica molecular (MD) convencionais. Esses fenômenos moleculares foram estudados aqui pela combinação de simulações de MD com diversos métodos e aproximações para aumentar a amostragem configuracional: método de energia de interação linear (LIE), a aproximação de ensemble ponderado (WE) e dinâmica molecular dirigida (SMD). Uma equação foi parametrizada para prever afinidades entre pequenas moléculas e proteínas baseada na aproximação LIE, que foca a amostragem computacional nos estados complexado e não-complexado do ligante. A flexibilidade proteica foi introduzida usando ensembles de configurações obtidos de simulações de MD. Diferentes esquemas de média foram testados para obter afinidades totais de complexos proteína-ligante, revelando que muitas configurações de complexo contribuem para as afinidades de proteínas flexíveis, enquanto as afinidades de proteínas rígidas são dominadas por uma configuração de complexo. O mutante L99A da lisozima T4 (T4L) é provavelmente a proteína mais frequentemente usada para estudar complexação de ligantes. Estruturas cristalográficas mostram que a cavidade de ligação artificial criada pela mutação é pouco acessível, portanto movimentos proteicos ou uma respiração conformacional são necessários para permitir a entrada e saída de ligantes. Simulações de MD foram combinadas aqui com a aproximação de WE para aumentar a amostragem de eventos infrequentes de saída do benzeno de T4L. Quatro possíveis caminhos foram encontrados e movimentações de alfa-hélices e cadeias laterais envolvidas na saída do ligante foram caracterizadas. Os quatro caminhos correspondem a túneis da proteína previamente observados em simulações de MD longas de T4L apo, sugerindo que a heterogeneidade de caminhos ao longo de túneis intrínsecos é explorada por pequenas moléculas para sair de cavidades de ligação enterradas em proteínas. Experimentos de microscopia de força atômica revelaram informações detalhadas do desenovelamento forçado e da estabilidade mecânica da rubredoxina, uma proteína ferro-enxofre simples. O desenovelamento completo da rubredoxina envolve a ruptura de ligações covalentes. Portanto, o processo de desenovelamento foi simulado aqui por simulações de SMD acopladas a uma descrição clássica da dissociação de ligações. A amostragem de eventos de desenovelamento forçado foi aumentada pelo uso de velocidades rápidas de esticamento. Os resultados foram analisados usando um modelo teórico válido para regimes de desenovelamento forçado lentos e rápidos. As simulações revelaram que mudanças no ponto de aplicação de força ao longo da sequência da rubredoxina levam a diferentes mecanismos de desenovelamento, caracterizados por variáveis graus de rompimento de ligações de hidrogênio e estrutura secundária da proteína. (AU)

• Processo FAPESP: 14/17008-7 - Simulação computacional de fenômenos bioquímicos raros por métodos de aumento de amostragem
• Beneficiário: Ariane Ferreira Nunes Alves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado