Engenharia de proteínas com base em evolução: interconversão funcional entre 5-hidroxiisourato hidrolases e transtirretinas

• Autor(a) principal: Rafael Pereira Lemos
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/55408
• topic: Transtirretina; Modelagem computacional; Engenharia de proteínas; Bioinformática; Pré-Albumina; Engenharia de Proteínas; Modelagem computacional

Transtirretinas (TTR) são uma família de proteínas que possuem como função principal a ligação e a distribuição de hormônios tireoidianos (T3 e T4). Apesar de serem exclusivas de vertebrados, a maior parte dos processos evolutivos destas proteínas ocorreu antes do surgimento dos mesmos, originando-se por meio da duplicação de genes envolvidos na via catabólica de purinas. Estes genes codificam a enzima 5-hidroxiisourato hidrolase (HIUase), que atua na conversão de 5-hidroxiisourato (HIU) a 2-oxo-4-hidroxi-carboxi-5- ureidoimidazolina (OHCU). Diferentemente das TTR, a subfamília de HIUase é ubíqua em ambos procariotos e eucariotos, com os hominídeos sendo uma importante exceção. In vivo, ambas as subfamílias se encontram em uma forma homotetramérica, com cada monômero sendo composto por oito folhas-beta conectadas por sete voltas, e apenas uma alfa-hélice. Os tetrâmeros são estabilizados por interações hidrofóbicas entre cada par de dímeros, levando à formação de uma cavidade interna carregada e com poder catalítico. Considerando a intrincada história evolutiva dessas proteínas, além de suas similaridades estruturais primárias e quaternárias, nós hipotetizamos que substituições em regiões e em resíduos específicos seriam capazes de interconverter suas funções. Nós engenheiramos duas sequências de proteínas hipotéticas, onde uma sequência de aminoácidos representativa de uma subfamília foi substituída em posições específicas conservadas localmente e correlacionadas entre si pela outra subfamília, e vice-versa. Aplicando modelagem molecular, nós almejamos entender melhor o processo de neofuncionalização destes parálogos. Utilizando os programas Modeller e AlphaFold, geramos modelos estruturais tridimensionais por homologia, enquanto empregávamos um alinhamento quimérico manual, entre as proteínas de referência e as engenheiradas, para a otimização dos resultados. Os melhores modelos foram então refinados, validados estatisticamente e estruturalmente, e as suas cavidades foram analisadas em relação às suas geometrias, volumes e potenciais eletrostáticos, utilizando os programas CAVER e APBS. Nossos resultados demonstraram que, como esperado, os volumes e geometrias diferem entre si, devido às inerentes diferenças entre os tamanhos e propriedades físicoquímicas de seus ligantes. As mudanças observadas em relação à polaridade e cadeias laterais de grandes resíduos de aminoácidos também estão de acordo com a conservação estrutural das subfamílias.