Desvendando os fatores moleculares que modulam a estabilidade da proteína de envelope no vírus da dengue

Abstract

A patologia da dengue depende do rearranjo conformacional em baixo pH da glicoproteína de envelope (E), mas ainda não está claro como variações no pH e na temperatura cooperam para desestabilizar seu estado de pré-fusão dimérico. Aqui, buscamos decifrar essa sinergia para os sorotipos de maior relevância médica, DENV-2 e DENV-3. Foram realizadas simulações de dinâmica molecular all atom, em escala de microssegundos, a 28 °C, 37 °C e 40 °C sob pH 5–7, utilizando campos de força CHARMM36m. O aumento da temperatura de 28 °C para 37 °C dobrou o espaço conformacional explorado em pH neutro e enfraqueceu ambos os dímeros por meio da redução ou perda da rede de interações ao longo da interface dimérica. A acidificação amplificou esse efeito de maneira específica para cada sorotipo: o DENV-2 exigiu pH 5, enquanto o DENV-3 respondeu em pH 6. As análises de distâncias e de componentes principais revelaram uma rota assimétrica de dissociação, denominada “abraço compensatório”, na qual o recuo dos Domínios I–III, II de um monômero é equilibrado pelo avanço do parceiro, preservando temporariamente os contatos intersubunidades. As análises estruturais destacaram a diferença na distribuição de histidinas entre os sorotipos. Esses resultados delineiam gatilhos físico-químicos hierárquicos que convertem o dímero em monômeros competentes para fusão. O direcionamento da rede de interações da interface ou a ruptura do “abraço compensatório” oferece novas perspectivas para antivirais de amplo espectro e para o design de imunógenos, evidenciando o valor da dinâmica molecular de longa duração na descoberta de fármacos.

The pathology of dengue depends on the low-pH conformational rearrangement of the envelope (E) glycoprotein, but it is still unclear how variations in pH and temperature cooperate to destabilize its pre-fusion dimeric state. Here, we seek to decipher this synergy for the serotypes of greatest medical relevance, DENV-2 and DENV-3. All-atom molecular dynamics simulations were performed on the microsecond scale, at 28 °C, 37 °C, and 40 °C under pH 5–7, using CHARMM36m force fields. The increase in temperature from 28 °C to 37 °C doubled the conformational space explored at neutral pH and weakened both dimers through the reduction or loss of the interaction network along the dimeric interface. Acidification amplified this effect in a serotype-specific manner: DENV-2 required pH 5, while DENV-3 responded at pH 6. Distance and principal component analyses revealed an asymmetric dissociation route, termed the “compensatory hug”, in which the retraction of Domains I–III, II of one monomer is balanced by the advancement of its partner, temporarily preserving inter-subunit contacts. Structural analyses highlighted the difference in histidine distribution between the serotypes. These results outline hierarchical physicochemical triggers that convert the dimer into fusion-competent monomers. Targeting the interaction network of the interface or disrupting the “compensatory hug” offers new perspectives for broad-spectrum antivirals and for immunogen design, highlighting the value of long-timescale molecular dynamics in drug discovery.