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Caracterização conformacional de glicoconjugados inseridos em membrana

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Caracterização conformacional de glicoconjugados inseridos em membrana

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Título Caracterização conformacional de glicoconjugados inseridos em membrana
Autor Chiodi, Carla Gottschald
Orientador Verli, Hugo
Data 2013
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Centro de Biotecnologia do Estado do Rio Grande do Sul. Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular.
Assunto Dinamica molecular
Glicolipídios
Glicopeptídeos
Glicosilação de proteínas
Resumo A glicosilação é a modificação de proteínas mais abundante que existe, ocorrendo em todos os reinos da vida e com diversos tipos de ligação proteínacarboidrato já descritos. A ligação de um carboidrato em uma sequência de aminoácidos pode afetar estrutura e função desses, sendo importante para estabilidade e rigidez de proteínas, localização intracelular, sinalização e comunicação celular, adesão, resposta imune e invasão de parasitas, dentre outros. Apesar do amplo papel biológico dessas moléculas, ainda há poucos estudos acerca de sua glicobiologia estrutural, em parte em decorrência de características, como sua alta flexibilidade, que dificultam seu estudo por métodos como cristalografia de raio X e ressonância magnética nuclear. Nesse sentido, o presente trabalho tem por objetivo caracterizar a estrutura e dinâmica: 1) do glicopeptídeo NETNES de Trypanosoma cruzi, completamente glicosilado e inserido em membrana; e 2) dos gangliosídeos GM1, GD1b e GT1b, em ambos os casos considerando soluções semelhantes às fisiológicas. A metodologia empregada envolveu a simulação de dissacarídeos, construção de mapas de energia por metadinâmica, montagem das glicanas e simulações por dinâmica molecular. Os parâmetros para as porções sacarídicas foram desenvolvidos pelo nosso grupo, enquanto que os da membrana foram retirados do trabalho de Kukol, A. J. Chem. Theory Comput., 2009,5:615-626. No caso do NETNES, foram simulados quatro sistemas: membrana de fosfatidilcolina, membrana com glicosil fosfatidil inositol, membrana com glicosil fosfatidil inositol e NETNES com uma N-glicosilação e membrana com glicosil fosfatidil inositol e NETNES com duas N-glicosilações. Os resultados obtidos mostram que as propriedades da membrana e o modelo da âncora estão de acordo com os dados experimentais, e que a porção peptídica é bem flexível, principalmente o N-terminal, o qual se dobra na região próxima às asparaginas da Nglicosilação. Além disso o peptídeo se curva sobre a superfície da membrana, expondo ele próprio e algumas glicanas ao meio extracelular. Quanto aos gangliosídeos, cada um foi submetido a diversas simulações de dinâmica molecular, utilizando dois campos de força diferentes, e algumas com restrições de distâncias de acordo com dados experimentais de Nuclear Overhauser Effect. Foram realizadas análises dos diedros das ligações glicosídicas e das distâncias entre hidrogênios, sendo que essa última foi comparada com dados de ressonância magnética nuclear e cristalografia, indicando a capacidade dos campos de força GLYCAM, quando associado a restrições de distância, e do GROMOS96 em reproduzir os dados experimentais conformacionais dos gangliosídeos.
Abstract Glycosylation is the most abundant protein modification, occurring across all kingdoms of life and having several protein-carbohydrate linkages already described. The appendage of a carbohydrate to an amino acid sequence can affect its structure and function, being important for protein stability and rigidity, intracellular localization, cellular signalization and communication, adhesion, immune response, parasites invasion, among others. Despite the plentiful roles of those molecules, there are still a few works of structural glycobiology, due to some sugar features, as high flexibility, that hinder their characterization by experimental methods, such as X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance. In this context, the present work aims to characterize and validate structure and conformation of: 1) NETNES glycopeptide from Trypanosoma cruzi attached to all glycans and membrane; 2) gangliosides GM1, GD1b and GT1b, in both cases considering solutions similar to the physiologic one. The employed methodology involves disaccharide simulations, construction of energy maps obtained from metadynamics, glycans building blocks and molecular dynamics simulations. The parameters for saccharidic portions were developed in our research group, and the ones for membrane were obtained from Kukol, A. J. Chem. Theory Comput., 2009,5:615-626. In NETNES case, four systems were simulated: POPC membrane, membrane with glycosylphosphatidylinositol, membrane with glycosylphosphatidylinositol and one N-glycosylation NETNES, and membrane with glycosylphosphatidylinositol and NETNES with two N-glycosylations. The obtained results indicate that membrane proprieties and anchor model are in good agreement with experimental data, and that the protein portion is very flexible, mainly on the N-terminal, which bends on the region near the N-glycosylated asparagines. Moreover, the peptide curves over membrane surface, exposing itself and some glycans to extracellular medium. Regarding the gangliosides, each one was submitted to several molecular dynamics simulations, using two different force fields, and some of them with distance restraints according to experimental Nuclear Overhauser Effect signals. Dihedrals distribution and hydrogens distances were analyzed, and the latter was compared to nuclear magnetic resonance and crystallography data, indicating the capability of GLYCAM, when associated with distance restraints, and of GROMOS96 force fields to reproduce experimental data of gangliosides conformation.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/72302
Arquivos Descrição Formato
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