Mudanças estruturais na proteína príon celular induzidas por alteração de pH

Abstract

Os príons são proteínas que causam um grupo de doenças neurodegenerativas invariavelmente fatais, sendo uma das mais conhecidas a encefalopatia espongiforme bovina (ou doença da vaca louca). A proteína príon celular (PrPc), rica em estrutura α-helicoidal, sofre uma mudança na sua estrutura secundária produzindo a proteína patológica (PrPSc; o príon) na qual prevalecem folhas-β. Devido a falta de dados de estruturais de alta resolução dos príons, simulações de DM podem ser particularmente úteis para estudar o redobramento de PrP. Estudos experimentais e computacionais, descritos na literatura, indicam que a utilização de pH ácido é capaz de criar alguma instabilidade estrutural, produzindo um ganho de estrutura-β na região N-terminal antes desestruturada. Este trabalho se propõe a investigar computacionalmente as mudanças estruturais na proteína príon celular do hamster Sírio induzidas por alteração de pH. Para isso, foi avaliada a influência do uso de diferentes campos de força (GROMOS, AMBER e OPLS), diferentes estados de protonação dos resíduos de histidina, diferentes condições iniciais e diferentes métodos de cálculo de interações eletrostáticas de longo alcance (GRF e SPME). A partir da evolução temporal das estruturas secundárias, foi observada uma forte dependência dos resultados com o uso de diferentes parâmetros de simulação. De fato, a tendência de pH descrita na literatura não foi claramente observada neste trabalho. Isso pode estar associado com a necessidade de se investir mais em múltiplas simulações de dinâmica molecular para quantificar com maior precisão o comportamento estrutural dos fragmentos protéicos em cada pH de estudo.

Prions are proteins that cause a group of invariably fatal neurodegenerative diseases, one of the most known being bovine spongiform encephalopathy (or mad cow disease). The cellular prion protein (PrPc), rich in α-helical structure, undergoes a change in its secondary structure producing the pathological protein (PrPSc, the prion) in which β-sheet structure prevails. Because of the lack of high-resolution prion structural data, MD simulations can be particularly useful to study PrP misfolding. Experimental and computational studies, described in literature, indicate that the use of low pH is capable to create some structural instability, producing a gain of β-structure content in the otherwise unstructured N-terminal region. This work aims to investigate computationally structural changes in the cellular prion protein of Syrian hamster induced by pH change. For this, we evaluated the influence of different force fields (GROMOS, AMBER and OPLS), different protonation states of histidine residues, different initial conditions and different methods for calculating long-range electrostatic interactions (GRF and SPME). From the time evolution of the secondary structures, we observed a strong dependence on the simulation parameters. In fact, the pH tendency described in literature was not clearly observed in this work. It may be associated with the need to invest more in multiple molecular dynamics simulations to quantify more accurately the structural behavior of the protein fragments in each pH study.