Desvendando epítopos virais via RMN de interações antígeno-anticorpo
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
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Glória Regina Franco
Luciana Elena de Souza Fraga Machado
Luciana Elena de Souza Fraga Machado
Resumo
Anticorpos são glicoproteínas da resposta imune humoral que, devido à sua notável
diversidade de estruturas primárias, podem reconhecer, ligar e neutralizar antígenos derivados
de patógenos, erradicando microorganismos por opsonização. Devido a essa capacidade de
reconhecer e ligar seletivamente um antígeno específico, alguns estudos visam identificar
experimentalmente o epítopo, a região em contato com um anticorpo, em um processo
chamado mapeamento de epítopo. A identificação e caracterização desses locais de ligação
auxiliam no desenvolvimento de novas terapêuticas, vacinas e diagnósticos. A pandemia de
COVID-19 ressaltou essa necessidade de identificar novos alvos para tratamentos e
diagnóstico. Neste estudo, utilizamos a espectroscopia de ressonância magnética nuclear
(RMN) para mapear os epítopos do domínio de ligação ao RNA (N-NTD) da proteína
imunogênica do nucleocapsídeo do SARS-CoV-2, que interagiram com os anticorpos
policlonais do soros de pacientes da região metropolitana de Belo Horizonte. Observando as
alterações nos espectros de 1H-15N HSQC do antígeno ao se ligar aos anticorpos e calculando
o CSP, determinamos resíduos específicos envolvidos na interação. Para obter uma
compreensão mais aprofundada das propriedades dinâmicas e conformacionais, realizamos
experimentos de intensificação da relaxação paramagnético (PRE) com gadolínio (Gd) tanto
na proteína livre quanto no complexo proteína-anticorpo, a fim de obter informações sobre a
acessibilidade ao solvente. Observamos que os resíduos Leu16, Lys25, Ser38, Asp63, Leu64 e
Thr126, localizados principalmente em uma região de volta, foram descritos como tendo um
CSP significativo quando a proteína interage com o RNA viral e são também resíduos
observados na interação proteína-anticorpo e no experimento de PRE. Isso sugere que a
formação do complexo proteína-anticorpo impediria o empacotamento do RNA e a montagem
em partículas virais. Os resíduos Lys25, Asp63 e Thr126 também foram obvservados como
sendo importantes para o contato inicial da proteína com ligantes. Além disso, foram
propostos três epítopos que podem ser utilizados para o diagnóstico da COVID-19. Assim, os
resultados deste estudo contribuirão para uma melhor compreensão da ligação
anticorpo-antígeno, estabilidade e propriedades funcionais, proporcionando informações
valiosas para o desenvolvimento de vacinas e potenciais intervenções terapêuticas.
Abstract
Antibodies are glycoproteins of the humoral immune response that, due to their remarkable
diversity of primary structures, can recognize, bind, and neutralize antigens derived from
pathogens and eradicate microorganisms by opsonization. Because of this ability to
selectively recognize and bind a given antigen, some studies aim to experimentally identify
the epitope, the region in contact with an antibody, which is a process called epitope mapping.
Identifying and characterizing these binding sites aid in developing new therapeutics,
vaccines, and diagnostics. The COVID-19 pandemic has underscored the need to identify new
targets for treatments and diagnostics. In this study, we used nuclear magnetic resonance
(NMR) spectroscopy to map the epitopes of the immunogenic SARS-CoV-2 nucleocapsid
RNA binding site domain (N-NTD) protein that interacts with polyclonal antibodies from
patient sera from the Belo Horizonte metropolitan region. Observing changes in the NMR
spectra 1H-15N HSQC of the antigen upon binding to the antibodies and calculating the CSP,
we determine specific residues involved in the interaction. To gain further insight into the
dynamics and conformational properties, we conducted paramagnetic relaxation enhancement
experiments (PRE) with gadolinium (Gd) on both the free protein and the protein-antibody
complex, elucidating solvent accessibility. We observed that residues Leu16, Lys25, Ser38,
Asp63, Leu64, and Thr126, mainly located in a loop region, have been described as having
significant CSP when the protein interacts with viral RNA. These residues are also observed
in protein-antibody interaction and in the PRE experiment. This suggests that the formation of
the complex protein-antibody would prevent the RNA genome packaging and the assembly
into virus particles. Residues Lys25, Asp63, and Thr126 have also been observed to be
important for the initial contact of the protein with ligands. Additionally, three epitopes have
been proposed that could be used for COVID-19 diagnosis. Thus, the results of this study will
contribute to a better understanding of antibody-antigen binding, stability, and functional
properties, providing valuable information for vaccine development and potential therapeutic
interventions.
Assunto
Bioinformática, Mapeamento de Epitopos, Espectroscopia de Ressonância Magnética, Covid-19
Palavras-chave
Mapeamento de epítopos, COVID, RMN
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