Estudo da dinâmica e caracterização estrutural da interface proteica em Quimeras Xilanase-XBP por simulação molecular - Diniz, Eduardo Augusto da Silva (2019)
No campo de biologia molecular e biotecnologia, proteínas possuindo duas ou mais atividades combinadas, aliada a uma estabilidade estrutural apropriada, vem apresentando uma ampla aplicação. Foram produzidas, há alguns anos, três enzimas híbridas/quimeras por uma estratégia semi-racional de fusão de proteínas, resultando na inserção de uma proteína ligadora de xilose (Xylose Binding Protein - XBP) a uma xilanase GH11, cuja função é degradar a xilana, principal componente da parede celular de vegetais. As enzimas produzidas apresentaram como característica uma eficiência catalítica na degradação da xilana de duas a três vezes maior do que a xilanase isolada além de aumentarem ainda mais sua atividade em presença de xilose, substância que naturalmente inibiria a xilanase isolada. A ativação por xilose ocorre via mecanismo alostérico. Atualmente, técnicas de simulação tais como a dinâmica molecular (DM) são as mais capazes de trazer informações detalhadas em nível atômico a respeito do comportamento estrutural de proteínas, porém estão limitadas em geral à escala de nanossegundos e estão sujeitas ao risco de as estruturas estarem presas em mínimos de energia locais. Nessa dissertação foram tratadas formas de contornar essas limitações com o uso de uma técnica computacionalmente menos exigente, o CONCOORD, para o caso de proteínas quiméricas com efeito alostérico. Técnicas estatísticas mais robustas (Análise do Componente Principal e Análise do Modo Funcional) foram usadas para os conjuntos conformacionais gerados, a fim de trazer maior esclarecimento sobre os movimentos funcionais em tais proteínas. Além disso, uma caracterização estrutural detalhada das interfaces proteicas formadas entre os domínios enzimáticos foi realizada visto que tal interface exerce papel fundamental no efeito alostérico. A análise FMA indicou que a estabilidade da interface está bem relacionada com um movimento específico, a rotação dos domínios xilanase e XBP em sentidos contrários, que mostrou correlação razoável com a energia interfacial para as quimeras 209, 262 e 271. Foi identificada a presença de resíduos interfaciais intermitentes, em especial nas quimeras 209 e 262. Observou-se que a ocorrência de uma variação conformacional alta ao longo das simulações realizadas está associada a uma alteração da energia interfacial, principalmente para as quimeras 209 e 262, ou seja, quando a proteína sofre alguma transição conformacional considerável a energia interfacial responde, aumentando ou diminuindo, o que está de acordo com a existência de resíduos interfaciais intermitentes. A detecção de tais resíduos é de grande importância para entender o mecanismo estrutural de estabilização e alosterismo determinado pela posição de inserção da XBP na xilanase. Os resultados obtidos aqui podem guiar uma proposição racional de mutações pontuais nas quimeras com o intuito de melhorar a estabilidade da interface protéica e, consequentemente, o efeito alostérico, como a inserção de pontes dissulfeto na interface priorizando os resíduos identificados na interface protéica. As enzimas híbridas mutantes produzidas in silico podem ser testadas experimentalmente pelos grupos colaboradores.