Descrição conformacional de carboidratos e glicoproteínas : validação de protocolo baseado em dinâmica molecular e implicações funcionais

Abstract

O desenvolvimento de técnicas complementares a métodos experimentais clássicos, tais como a cristalografia de raios-X e a ressonância magnética nuclear (RMN), capazes de descrever e prever a diversidade estrutural e conformacional de carboidratos e glicoconjugados, consiste em um potencial impacto no entendimento dos processos biológicos em que estas moléculas estão envolvidas. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo: 1) a validação de um conjunto de parâmetros, desenvolvidos no nosso grupo de pesquisas, na reprodução de dados de RMN descrevendo a conformação de uma série de glicoproteínas em solução aquosa, e 2) a avaliação do emprego de geometrias de dissacarídeos em solução como modelo para a construção de glicanas complexas, na ausência de dados experimentais. Através do emprego de técnicas de modelagem molecular como cálculos ab initio, construção de mapas de contorno para dissacarídeos e simulações de dinâmica molecular (DM) em escalas de tempo de até 0.1 ms, os resultados obtidos confirmam a adequação dos parâmetros gerados na descrição da conformação de carboidratos e glicoproteínas. Adicionalmente, sugerem que o emprego de populações de confôrmeros de dissacarídos em solução, obtidos através de simulações de DM, constitui-se em uma estratégia promissora na obtenção de modelos de glicanas condizentes com condições biológicas. Esperamos, a partir destas observações, que os resultados obtidos na presente dissertação possam contribuir no crescimento do número de trabalhos de DM abordando carboidratos e glicoproteínas biológicas e, assim, no crescimento do entendimento de processos biológicos nos quais estas biomoléculas estejam envolvidas.

The development of novel techniques, capable of describing and predicting the structural and conformational diversity of carbohydrates and glycoconjugates, in complement to experimental methods as X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance (NMR), might bring a potential impact in the comprehension of the biological processes in which such molecules are involved. In this context, this work aims to: 1) validate a set of parameters, developed by our research group, to reproduce NMR data describing the conformation of a series of glycoproteins in aqueous solutions; and 2) evaluate the use of solution geometries of disaccharides to assemble complex glycans, in the absence of experimental data. Employing molecular modelling techniques as ab initio calculations, construction of energy contour plots for disaccharides and molecular dynamics (MD) simulations with time scales up to 0.1 ms, the obtained results confirm the adequacy of the studied parameters to describe the conformation of carbohydrates and glycoproteins. Additionaly, such data suggest that the use of solution conformations of disaccharides, as obtained through MD simulations, consists in a promissing strategy to obtain glycans representation in accordance to biological conditions. We expect, with such observations, that the obtained results contribute to increase the number of works employing MD simulations of biological carbohydrates and glycoproteins and, thus, to raise the comprehension of the biological processes in which such molecules are involved.