Caracterização computacional do mecanismo de reação das hiuases e sua evolução em vertebrados
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Rafaela Salgado Ferreira
Karen Cacilda Weber ,
Willian Ricardo Rocha
Karen Cacilda Weber ,
Willian Ricardo Rocha
Resumo
A transtirretina (TTR) é uma proteína que exerce diversas funções no organismo dos
vertebrados, dentre as quais inclui-se o transporte de hormônios tireoidianos que são de
extrema importância para o controle do metabolismo e da temperatura do corpo. Contudo,
foram identificados homólogos dessas proteínas em organismos invertebrados, os quais, por
sua vez, possuem atividade de HIUase (conversão de 5-hidroxi-isourato em
2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina, OHCU, a segunda etapa da via de
decomposição de Ácido Úrico), suscitando dúvidas sobre o histórico evolutivo da família de
proteínas TTR. Durante a evolução, muitos genes passam por processos de duplicação e
divergência, sendo elas grandes forças motrizes da neofuncionalização. Um exemplo desses
fenômenos é o gene responsável pela expressão da proteína TTR, a qual divergiu da função de
HIUase (5-Hidroxiisourato Hidrolase) para o transporte de T4. Este trabalho avaliou a
atividade enzimática de uma proteína ancestral reconstruída destas famílias de proteínas e
comparou com a atividade de HIUases modernas. Para o estudo da atividade enzimática das
estruturas foi utilizado métodos híbridos QM/MM na qual consistem em compartimentar o
sistema a ser simulado em regiões clássica e quântica. Dito isso, é possível calcular o perfil de
energia potencial e energia livre da quebra e formação de ligações químicas. Dois diferentes
métodos foram utilizados para o cálculo da estrutura eletrônica da região quântica, PM6 e
AM1dphot, que foram avaliados a fim de procurar o melhor método para amostrar a
coordenada de reação. Além disto, foi feito dinâmica molecular das estruturas ligadas ao
substrato, intermediário e produto da reação a fim de avaliar a afinidade de ligação usando
MMPBSA e a estabilidade estrutural calculando o RMSD. Foi concluído que a estrutura
ancestral se comportou de forma parecida com outras HIUases e o método AM1dphot
qualitativamente mostrou de forma mais comportada as geometrias da coordenada de reação.
Contudo não foi possível validar o método de cálculo de energia livre devido ao
desconhecimento da etapa limitante da reação.
Abstract
Transthyretins (TTR) are proteins that perform several functions in the human body, like
thyroid hormones transport in the cerebrospinal fluid. Those hormones are very important in
the metabolism and body temperature regulation. Despite the specific functions performed by
the TTR, other proteins that have homology with those showed a completely different
function, that was the participation in the metabolism of uric acid. These proteins in question
were the HIUase, an enzyme that converts the second metabolite in the degradation pathway
of uric acid. Along evolution, several genes can duplicate, and after the duplication those can
diverge from the initial function, and these processes lead to the neofunctionalization of the
genes. The TTR and TTR like families of proteins are an example of neofunctionalization,
where the HIUase proteins diverge to the thyroid transporter family TTR. In this work, we
evaluated the enzymatic HIUase activity of an ancestral protein that was inferred between all
the TTR and HIUases sequences in the protein sequence database, and once determined it’s
activity we also compared with the catalytic properties of a modern HIUase from the Danio
rerio. For the study of the enzymatic activity of the structures, hybrid QM/MM methods were
used, which consist of compartmentalizing the system to be simulated into classical and
quantum regions. With that said, it is possible to calculate the potential energy profile and free
energy of bond breaking and formation. Two different methods were used for calculating the
electronic structure of the quantum region, PM6 and AM1dphot, which were evaluated to find
the best method for sampling the reaction coordinate. Additionally, molecular dynamics of the
structures bound to the substrate, intermediate, and product of the reaction were performed to
evaluate binding affinity using MMPBSA and structural stability by calculating RMSD. It
was concluded that the ancestral structure behaved similarly to other HIUases and the
AM1dphot method qualitatively exhibited the reaction coordinate geometries more reliably.
However, it was not possible to validate the free energy calculation method due to unknowns
regarding the rate-limiting step of the reaction.
Assunto
Bioinformática, Pré-Albumina, Hidroxiisourato hidrolase, hidroxiisourato hidrolase
Palavras-chave
QM/MM, Molecular Evolution, Molecular Dynamics, Enzymology