Estudo do relevo de energia potencial da proteína com mudança de enovelamento KaiB

Abstract

O processo de enovelamento de proteínas, responsável por levá-las à sua conformação funcional, é fundamental para a compreensão de diversos mecanismos biológicos. Embora muitas proteínas apresentem uma única estrutura nativa, algumas exibem múltiplos estados conformacionais funcionalmente relevantes, como ocorre com a proteína KaiB, envolvida na regulação do ciclo circadiano de cianobactérias. Este trabalho teve como objetivo estudar o relevo de energia potencial associado às transições conformacionais da KaiB, utilizando modelos computacionais baseados em estrutura. Inicialmente, empregou-se o domínio SH3 como sistema modelo, por apresentar um enovelamento bem caracterizado e cooperativo, permitindo validar a metodologia. Foram realizadas simulações em diferentes temperaturas para analisar as coordenadas de reação Qcontato, qw e RMSD, possibilitando identificar a temperatura de transição e caracterizar as flutuações estruturais, tanto da SH3 quanto dos estados funcionais da KaiB, gs e fs. A análise das coordenadas de reação, dos desvios padrão e do calor específico permitiu estimar as respectivas temperaturas de enovelamento, de aproximadamente 0.88 para a gsKaiB e 0.78 para a fsKaiB. Posteriormente, aplicou-se o método ELViM para projetar o espaço conformacional, permitindo visualizar conformações intermediárias e interpretar os caminhos estruturais durante a transição. Os resultados indicam que a gsKaiB apresenta maior estabilidade térmica em comparação à fsKaiB, o que é coerente com seus distintos papéis funcionais no ciclo circadiano. Este estudo fornece uma base para a aplicação futura do modelo dual basin, que permitirá simular transições entre os dois estados conformacionais da KaiB de forma mais realista.

The protein folding process, responsible for leading proteins to their functional conformation, is fundamental to the understanding of various biological mechanisms. Although many proteins have a single native structure, some exhibit multiple functionally relevant conformational states, as is the case with KaiB, a protein involved in regulating the circadian rhythm of cyanobacteria. This work aimed at studying the potential energy landscape associated with KaiB's conformational transitions using structure-based computational models. Initially, the SH3 domain was used as a model system because it displays well-characterized and cooperative folding behavior, allowing to validate the methodology. Simulations were performed at different temperatures to analyze the reaction coordinates Qcontact, qw and RMSD, enabling us to identify the transition temperature and characterize the structural fluctuations of both SH3 and KaiB's functional states, gs and fs. Analysis of the reaction coordinates, standard deviations, and specific heat allowed estimation of the respective folding temperatures, approximately 0.88 for gsKaiB and 0.78 for fsKaiB. Subsequently, the ELViM method was applied to project the conformational space, allowing the visualization of intermediate conformations and the interpretation of structural pathways during the transition. The results indicate that gsKaiB exhibits greater thermal stability compared to fsKaiB, consistent with their distinct functional roles in the circadian rhythm. This study provides a foundation for future application of the dual basin model, which will allow for more realistic simulation of transitions between the two conformational states of KaiB.