Estudos estruturais de dockerinas e cohesinas em Ruminococcus flavefaciens e sua aplicação no desenvolvimento de matrizes auto montáveis de proteínas

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Andrade, Gabriel Belem de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Ruminococcus flavefaciens; Cohesin; Cohesina; Dockerin; Dockerina; Nanomaterial; Redes automontáveis Nanomaterial; Self-assembling arrays
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-14092017-105719/

O celulossomo é um complexo multienzimático extracelular utilizado por bactérias anaeróbias para a degradação de biomassa vegetal. Ele é composto por escafoldinas, estruturas alongadas que abrigam diversos módulos cohesina, às quais se ligam dockerinas, seus parceiros de interação específica de alta afinidade, fusionados às enzimas celulolíticas. Os módulos cohesina e dockerina compõem o elemento central da interação entre todos os componentes que integram o celulossomo. Esses módulos são divididos em tipos, de acordo com sua sequência primária. Essa divisão reflete efeitos funcionais distintos, sendo o tipo I responsável pela ligação de enzimas às escafoldinas, enquanto o tipo II medeia a ligação de escafoldinas à célula. O celulossomo de Ruminococcus flavefaciens é o mais complexo conhecido, e na classificação por tipos, suas sequências divergem, formando o tipo III, que foi posteriormente subdividido em 6 grupos para significância funcional. Nesse sistema, o principal responsável pela integração de enzimas ao sistema é a escafoldina primária ScaA, a qual interage com escafoldina adaptadora ScaB. A especificidade dessa ligação - dockerina de ScaA (Rf-DocA) com cohesinas de ScaB (Rf-CohB1-7) - é classificada como único membro do grupo 5, na divisão de grupos que compõem o tipo III. Assim, essa interação é de suma importância para a organização do celulossomo desse organismo, tendo sido estudada por meio de experimentos biofísicos e bioquímicos. Porém a falta de uma estrutura cristalina resolvida desses componentes limita a compreensão que podemos ter sobre a interação. 1-2 Nesse trabalho, apresentamos as estruturas cristalográficas de Rf-DocA, em complexo com a Rf-CohB4, além da estrutura dessa cohesina isolada, e ainda, a Rf-CohB1, e alguns de seus mutantes pontuais. Com isso, esclarecemos aspectos estruturais desses módulos, como a presença de dois sítios funcionais de ligação a cálcio em Rf-DocA. Também é observável pelos modelos gerados, detalhes da ligação entre eles, como os resíduos participantes da interação. Estudos de afinidade entre esses módulos foram conduzidos para a elucidar algumas propriedades da ligação entre esses módulos, de forma que descobrimos que ela ocorre de uma única maneira, e que há um loop na cohesina cuja flexibilidade afeta a afinidade da ligação. Isso sugere um mecanismo de alteração conformacional que regula a ligação à dockerina. Adicionalmente, buscamos o emprego desses módulos em uma aplicação tecnológica, desenhando redes automontáveis de proteínas, visando a construção de um nanomaterial. Essas redes são formadas por características intrínsecas das proteínas que os compõem, sendo o principal fator considerado sua simetria rotacional.3 Nesse sentido, as dockerinas e cohesinas foram utilizadas para ligação entre proteínas de diferentes simetrias. Utilizamos proteínas de simetrias C3, C4 e C6 com fusão a dockerinas, que se conectam às cohesinas fusionadas a proteínas de simetria C2, as quais formam o elemento linear da ligação entre os diferentes módulos. Esse desenho experimental permite a expressão e purificação independentes dos componentes, o que facilita a obtenção das redes, a partir da mistura dos dois componentes. Através de análises preliminares por microscopia eletrônica de transmissão, observamos a formação de filmes bidimensionais extensos e nanotubos com a construção testada.