Modelagem atomística de líquido

Jul 01, 2023

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 886 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

A separação de fases líquido-líquido de soluções proteicas recuperou maior atenção por sua importância biológica e relevância patogênica. Os modelos de granulação grossa são limitados ao explicar os efeitos do nível de resíduo no equilíbrio de fases. Aqui relatamos diagramas de fases para γ-cristalinas usando modelagem atomística. Os cálculos foram possíveis combinando nosso método FMAP para calcular potenciais químicos e simulações de dinâmica browniana para amostragem configuracional de soluções densas de proteínas, produzindo a temperatura binodal e crítica (Tc). Obtemos um Tc mais alto para uma γ-cristalina de alto Tc conhecida, γF, do que para um parálogo de baixo Tc, γB. A diferença no Tc é corroborada por uma lacuna no segundo coeficiente virial. A decomposição das interações interproteicas revela uma substituição de aminoácidos entre γB e γF, de Ser para Trp na posição 130, como o principal contribuinte para a diferença em Tc. Este tipo de análise nos permite vincular o equilíbrio de fase à sequência de aminoácidos e projetar mutações para alterar o equilíbrio de fase.

A separação da fase líquido-líquida de proteínas tem sido estudada intensamente nos últimos anos, porque os condensados ​​biomoleculares resultantes medeiam uma série de processos celulares que vão desde a transcrição até a regulação do estresse e também são propensos à agregação ligada a doenças . A maior parte da atenção tem sido focada em proteínas intrinsecamente desordenadas (IDPs) ou proteínas com longas regiões desordenadas, em parte devido à forte tendência de tais proteínas sofrerem separação de fases . Essa tendência surge do fato de que a desordem intrínseca permite que as proteínas formem facilmente interações multivalentes que impulsionam a separação de fases . Ironicamente, a separação de fases foi observada pela primeira vez em proteínas estruturadas, incluindo γ-cristalinas13,14, que estão presentes no cristalino de animais em altas concentrações. Para proteínas estruturadas, a formação de interações multivalentes que impulsionam a separação de fases requer altas concentrações. Consequentemente, a separação de fases de proteínas estruturadas é caracterizada por uma alta concentração de saturação e/ou uma baixa temperatura crítica (Tc), ambas dificultando estudos experimentais. Embora os determinantes de sequência para a separação de fases de proteínas desordenadas sejam bem estudados , nossa compreensão desta questão crucial fica atrasada para proteínas estruturadas.

Até seis γ-cristalinas altamente homólogas foram identificadas cada uma em lentes bovinas, de ratos e humanas (Fig. 1a e Fig. Complementar 1a). De acordo com seus valores de Tc para separação de fases, eles podem ser divididos em dois grupos: um, representado pelo γB bovino, possui Tc abaixo de 10 °C; o outro, representado pelo γF bovino, possui Tc próximo à temperatura corporal14,18,19. As γ-cristalinas de alto Tc estão presentes em um nível mais elevado no núcleo do cristalino do que no córtex, contribuindo para o gradiente no índice de refração . A separação de fases das γ-cristalinas pode levar à catarata e é suprimida por outros componentes, como as β-cristalinas20. Quando uma lente de rato foi resfriada, foi observada separação de fases, em um fenômeno conhecido como catarata fria21. Os efeitos de várias mutações pontuais causadoras de catarata na separação de fases foram estudados; as alterações resultantes em Tc, por exemplo, por R14C (na presença de um agente redutor para evitar reticulação dissulfeto) e E107A de γD humano foram pequenas .

a Alinhamento de sequência de γB e γF. Os números dos resíduos estão de acordo com γB. A diferença na posição 130 é destacada pelas cores verde e laranja para os aminoácidos S e W, em γB e γF, respectivamente. O vinculador entre os dois domínios está em letras minúsculas. As sequências foram recuperadas das entradas P02526 e P23005 do UniProt (//www.uniprot.org/) para γB e γF, respectivamente, e alinhadas usando ClustalW58. O alinhamento de todas as sequências conhecidas de γ-cristalinas bovinas, humanas e de rato é mostrado na Figura 1a Complementar. b Superposição de estruturas cristalinas γB e γF (entradas PDB 1AMM e 1A45). γB e γF são mostrados na representação dos desenhos animados em verde e azul, respectivamente; as cadeias laterais na posição 130 são mostradas como bola e bastão para γB e como bastão para γF.