Mudanças conformacionais envolvidas na ativação interfacial de fosfolipases A2 - uma análise computacional

Abstract

Fosfolipases A2 constituem uma família de enzimas interfaciais que catalisam a hidrólise de fosfolipídios de membrana na posição sn-2. Nas fosfolipases cataliticamente ativas (FLA2 D49), o resíduo Asp49 possui um importante papel na coordenação do íon cálcio divalente que auxilia na estabilização do intermediário tetraédrico. Nesse trabalho, foram realizadas simulações por dinâmica molecular (DM) de uma fosfolipase secretada de veneno de Agkistrodon halys pallas utilizando como solventes: água, metanol e octanol. Devido à baixa afinidade do íon cálcio em ambientes aquosos, diferentes forças de restrição foram aplicadas nesse íon e mediu-se o comportamento desse, através da variação da sua distância em relação ao resíduo Asp49. Todas as simulações foram realizadas por um período de tempo de 5 ns, somando um total de 45 ns de simulação, utilizando o pacote GROMACS implementado com o campo de força GROMOS96 43a2. Os resultados mostraram uma série de mudanças conformacionais importantes na fosfolipase durante a sua aproximação à superfície da membrana, como o aumento da área acessível ao solvente e a reorientação de cadeias laterais de resíduos com importância catalítica. Os dados obtidos com as simulações foram utilizados para propor um modelo interfacial de ativação para FLA2sv. Desta forma, os principais eventos associados com a ativação de FLA2sv envolvem: a) a reorganização da alça de coordenação de cálcio na proximidade da membrana, seguida pela captura do íon Ca2+; b) a reorientação da cadeia lateral de Trp31, que irá definir um novo sítio de especificidade para a cadeia fosfolipídica; c) a redução da distância entre os resíduos His48 e Asp49, para aumentar a nucleofilicidade da His48; d) a reorientação da cadeia lateral do resíduo Lys69 concomitante com a projeção da alça-69 para o solvente, resultando no aumento da acessibilidade ao sítio ativo. Assim, esses resultados, em adição ao conhecimento bioquímico e a dados cristalográficos, abrem acesso a uma compreensão mais detalhada dos mecanismos moleculares associados com a ação de fosfolipases A2.

Phospholipases A2 (PLA2) are interfacial active enzymes that catalyze hydrolysis at the sn-2 position of membrane phospholipids. In the catalytic active PLA2 (D49 PLA2), the Asp49 residue plays a key role in the coordination of the calcium ion that assists in the stabilization of the transition state intermediary. Despite the catalytic importance of Ca2+, it has low affinity for the sPLA2 active site. Molecular dynamics simulations of a D49 svPLA2 from Agkistrodon halys pallas were performed in aqueous environment, methanol and octanol. Because of the svPLA2 low affinity for the calcium ion in aqueous systems, different restrain forces were applied on Ca2 + and evaluated with respect to ion coordination with key residues. All simulations were performed for a time period of 5 ns using the GROMACS package with GROMOS96 43a2 force field. The results have showed a series of important conformation changes of sPLA2v during its approaches to membrane surface, as the increase of the solvent accessible surface area and the reorientation of side chains of residues of catalytic importance. Analyses of the simulations data were utilized to propose an interfacial activation model for svPLA2. According, the principal events associated with svPLA2 activation involve: a) the reorganization of calcium binding loop at membrane proximity followed by the Ca2+ up take; b) side chain reorientation of Trp31, which will define a new specificity pocket for the phospholipid chain; c) reduction of the distance between His48 and Asp49, in order to increase the nucleophilicity of His48; d) side chain reorientation of Lys69 concomitant with the projection of the 69-loop to solvent resulting in an increase of the active site accessibility. These results, in addition with biochemical and crystallographic data knowledge, open access to a more detailed understanding for the molecular mechanism associated with the interfacial activation of phospholipases A2.