Investigação computacional dos mecanismos de interação entre bases de tröger e o DNA

Abstract

Neste trabalho, a docagem e a dinâmica molecular foram utilizadas para investigar a interação entre oligonucleotídeos e duas bases de Tröger: uma base simétrica - contendo duas proflavinas – e uma base assimétrica – contendo uma proflavina e uma fenantrolina. Nas docagens que utilizaram DNA canônico com gap como receptor, os resultados reproduziram corretamente a estereosseletividade da interação, que favorece os isômeros levorrotatórios em relação aos dextrorrotatórios, e apontou para os modos de interação sugeridos pela literatura: ligação ao sulco menor para a Tröger simétrica e intercalação com ligação ao sulco menor (modo misto) para a Tröger assimétrica. Para as simulações, foram escolhidos quatro complexos contendo os enantiômeros levorrotatórios das bases de Tröger e oligonucleotídeos com e sem gap. Embora os complexos representassem pontos de partida diferentes, houve convergência entre aqueles que continham o mesmo oligonucleotídeo como receptor. Os complexos com DNA com gap (complexos de intercalação) convergiram para um modo misto de interação, com intercalação de uma proflavina, enquanto os complexos com DNA sem gap (complexos de ligação ao sulco menor) convergiram para um modo de interação novo, em que as bases de Tröger se ligam ao sulco menor unicamente através da ponte diazocina, com os substituintes projetados para fora. Os complexos de intercalação apresentaram tempos de residência altos (20 ns) e diminuíram o ângulo de torção da dupla hélice na região do gap, levando os ângulos x e y da cadeia principal para uma região não-canônica, associada à forma A do DNA. Já nos complexos de ligação ao sulco menor, houve mudança tanto do modo como do sítio de interação e, embora tenham ocorrido eventuais curvaturas no DNA, não houve alterações significativas nos ângulos da cadeia principal, de modo que a estrutura global do DNA se manteve dentro da região considerada B-canônica. Dessa forma, os resultados sugerem que a intercalação (com adicionais contatos no sulco menor) seja o modo preferencial de interação dessas bases de Tröger com o DNA. O modo de ligação ao sulco menor, por depender quase que exclusivamente da ponte diazocina, seria independente da quiralidade e, portanto, não seria capaz de explicar enantiosselevidade das bases de Tröger.

In this work, molecular docking and molecular dynamics simulations were applied to investigate the interaction between DNA oligomers and two Tröger bases: a symmetric Tröger base derived from proflavine and a mixed Tröger base containing proflavine and phenanthroline. The dockings that used canonical DNA with an artificial intercalation gap as receptor correctly reproduced the stronger DNA binding affinity of the levorotatory isomers when compared to the dextrorotatory ones. Moreover, the results pointed out to the binding modes suggested, yet not established, by experimental data: minor groove binding for symmetric Tröger base and intercalation with additional minor groove binding for the asymmetric one. For the simulations, four complexes were selected, containing the (-)-isomers of the Tröger bases and DNA oligomers with or without intercalation gap. Interestingly, the systems containing the same DNA as receptor converged to similar binding modes: those containing DNA with gap (intercalation complexes) resulted in a mixed binding – with one proflavine intercalated and the other moiety occupying the minor groove – while those containing DNA without gap (minor groove complexes) lead to a new binding mode, in which the Tröger bases interact with the minor groove mainly through the diazocin bridge. In the intercalation complexes, the ligands presented long residence times (20 ns) and also unwound the double helix in the region of the intercalation gap, leading some backbone angles (x and y) to assume non-canonical values typical of the A form of DNA. In minor groove complexes, the ligands displayed enhanced mobility – changing both the binding mode and the binding site – and, although they promoted some bending of the double helix, the main chain torsion angles of DNA remained in the B-canonical region. Altogether, these results suggest that intercalation of proflavine (with additional contacts in the minor groove) might be the stronger DNA binding mode for these Tröger bases. Since the minor groove binding depends almost exclusively of the diazocin bridge, it appears to perform independently of the ligand chirality and, therefore, could not explain the enantioselectivity of the interaction.