Glicación y estrés oxidativo en el plegamiento y desplegamiento de proteínas: aplicación a Trp-Cage.

Abstract

[spa] Las reacciones de glicación entre azúcares y lípidos o proteínas son necesarias para ciertas funciones metabólicas y están reguladas enzimáticamente. Cuando la concentración de azúcares en el organismo es elevada y prolongada en el tiempo, estas reacciones ocurren sin la participación de enzimas. Esto implica la glicación indiscriminada de biomoléculas que en su forma nativa no deben estarlo. La degradación de los productos de glicación modifica irreversiblemente la estructura de las biomoléculas glicadas. Además, incrementa el estrés oxidativo del organismo y promueve la degradación de biomoléculas, incluso aunque no estén glicadas. En el caso de las proteínas, la glicación puede alterar significativamente su normal plegamiento y dinámica, ambos importantes para la función biológica. En este trabajo se emplearon simulaciones de dinámica molecular de la miniproteína Trp-Cage a su temperatura de fusión. También se estudiaron dos variantes de Trp-Cage modificando el residuo Trp6 por Nformilquinurenina (proteína NFK), y modificando en el residuo Arg16 por carboximetilarginina (proteína CMA). Múltiples simulaciones comenzando desde los estados plegados y desplegados permitieron obtener las superficies de energía libre de los procesos de plegamiento/desplegamiento para caracterizar termodinámicamente el proceso y las conformaciones más relevantes. El análisis de las trayectorias con modelos de estados Markovianos permitió caracterizar la cinética y mecanismo de plegamiento/desplegameinto de Trp-Cage y el efecto de las modificaciones de degradación a la temperatura de estudio. La transformación de Arg16 en carboximetilarginina no generó un efecto negativo en el plegamiento nativo de la proteína. El estado plegado de CMA muestra valores de RMSD bajos respecto a Trp-Cage, similar contenido en estructura secundaria y superficie accesible al disolvente total y del residuo Trp6 que forma el núcleo hidrofóbico de la proteína. En CMA se observó una estabilización del estado plegado comparado con el de la proteína sin modificar y mayores barreras energéticas para las transiciones entre el estado plegado y los desplegados. Caso contrario al que se dio en la transformación del residuo Trp6 a N-formilquinurenina, en donde el mínimo absoluto en la superficie de energía muestra diferencias estructurales significativas con el plegamiento nativo. Además, la modificación de Trp6NFK disminuye la diferencia de energía libre entre el estado plegado y desplegado de 7 kJ/mol a apenas 1 kJ/mol, así como las barreras de energía entre todos los estados. En NFK, la disminución de contenido en estructura secundaria, la destrucción del núcleo hidrofóbico y el mal plegamiento se atribuye a la interacción de un oxígeno carbonílico del residuo modificado Trp6NFK con su propio grupo amida del backbone. Las barreras energéticas están relacionadas con la dinámica obtenida con los modelos de estados Markovianos. Para Trp-Cage, la transición entre el estado plegado y todos los estados desplegados se da en un tiempo medio de 400 ± 19 ns. La modificación Arg16CMA incrementa este tiempo en casi el doble (789 ± 60 ns), mientras que la modificación del residuo crítico del núcleo hidrofóbico Trp6 en NFK disminuye en 1 orden de magnitud el tiempo medio de desplegamiento (77 ± 4 ns). Estos resultados muestran que los efectos de degradación de las proteínas pueden tanto favorecer como desfavorecer el plegamiento nativo y la cinética de plegamiento/desplegamiento en diferente medida dependiendo del residuo modificado y de la localización de éste en la estructura proteica.