Descrição ab initio do ancoramento do receptor de glicina pela proteína gefirina

Abstract

A eficiência da transmissão sináptica no sistema nervoso central está associada com a densidade na concentração de canais iônicos operados por ligantes na membrana pós-sináptica. A gefirina, uma proteína de 93 kDa, é um elemento importante na organização dos receptores inibitórios pos-sinápticos, funcionando como uma plataforma de múltiplas interações proteína-proteína, promovendo agrupamento de receptores, de proteínas do citoesqueleto e de proteínas de sinalização efetoras na região da sinapse. A organização estrutural da gefirina compreende três domínios principais denominadas G, E e C. A interação entre gefirina e o receptor de glicina (GlyR) envolve o domínio E da gefirina e a alça citoplasmática localizada entre os seguimentos transmembrana 3 e 4 da subunidade β de GlyR. A associação de mecânica quântica e mecânica molecular no estudo da associação de gefirina-GlyR irá aumentar a compreensão de detalhes anatômicos. Assim, para investigar as características eletrônicas relacionadas aos mecanismos de ancoramento de GlyR pela gefirina nós utilizamos abordagens teóricas de bioquímica quântica. Avaliamos a contribuição energética de cada resíduo de aminoácido na interface molecular do ancoramento entre gefirina e GlyR. As maiores contribuições decorrentes da análise de 34 interações foram, em ordem decrescente: -32,09 kcal mol-1, observado entre os resíduos Asp729 (gefirina) e Ser403 (GlyR); -24,04 kcal mol-1 entre Arg653 (gefirina) e Phe398 (GlyR) e -23,50 kcal mol-1 entre Asp327(gefirina) e Ser399 (GlyR). A menor interação foi de -1,78 kcal mol-1 entre os resíduos de aminoácido Ile656 (gefirina) e Ser399 (GlyR). Todas as interações observadas neste estudo mostraram interação de atração e a soma das contribuições individuais indica uma energia de ligação total de -343,49 kcal/mol. Pela análise da contribuição individual de cada resíduo foi possível determinar a relevância de Asp729 (gefirina) / Ser403 (GlyR), seguido de Arg653 (gefirina) / Phe398 (GlyR), Asp327 (gefirina) / Ser399 (GlyR) e Phe330 (gefirina) / Ile400 (GlyR), entre outros. Estes resultados contribuem para a maior compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na estabilização/ruptura de GlyR na membrana sináptica.

In the central nervous system, a high concentration of ligand-gated ion channels is necessary at the postsynaptic membrane to display efficient synaptic transmission. Gephyrin, a 93 kDa protein, is an important element in the organization of the inhibitory synaptic receptors, as a platform for multiple protein-protein interactions, bringing receptors, cytoskeletal proteins and downstream signaling proteins into close spatial proximity. This protein consists of three major domains named G, E and C. The interaction between gephyrin and the glycine receptor (GlyR) involves the E-domain of gephyrin and a cytoplasmic loop located between transmembrane segments 3 and 4 of the GlyR β subunit. Combined quantum-mechanics and molecular-mechanics in the gephyrin-GlyR association studies increase the understanding of atomic details. In order to investigate the electronic features involved in the mechanism of the GlyR anchoring by gephyrin we have employed theoretical approaches of quantum biochemistry. The energy contribution of each individual amino acid residues within the molecular interface of the anchorage between gephyrin and GlyR were evaluated. The largest contributions in the analysis of 34 interactions were, in descending order: -32.09 kcal mol-1, observed between residues Asp729 (gephyrin) and Ser403 (GlyR); -24.04 kcal mol-1 between Arg653 (gephyrin) and Phe398 (GlyR) and -23.50 kcal mol-1 between Asp327 (gephyrin) and Ser399 (GlyR). The smaller interaction was -1.78 kcal mol-1 between the amino acid residues Ile656 (gephyrin) and Ser399 (GlyR). All interactions observed in this study showed attractive interaction, and the sum of individual contributions indicate a total binding energy of -343.49 kcal/mol. After the analysis of the individual contribution of each residue we could determine the relevance of Asp729 (gephyrin) / Ser403 (GlyR), followed by Arg653 (gephyrin) / Phe398 (GlyR), Asp327 (gephyrin) / Ser399 (GlyR) and Phe330 (gephyrin) / Ile400 (GlyR), among others. These results increase the understanding of the molecular mechanisms involved in the stabilization/disruption of GlyR in the synaptic membrane.