Investigação computacional da interação M2-1/Fosfoproteína do Vírus Sincicial Respiratório humano: explorando peptídeos miméticos como potenciais agentes antivirais
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Data
2024-04-12
Autores
Orientador
Caruso, Ícaro Putinhon 
Coorientador
Pós-graduação
Ciências Biomoleculares e Farmacológicas - IBILCE 33004153068P9
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
O Vírus Sincicial Respiratório humano (hRSV) é um patógeno que causa infecções agudas do trato respiratório, como bronquiolite e pneumonia. Esse vírus apresenta alto potencial de contágio, afetando principalmente idosos e crianças até 2 anos de idade. Dentre as diversas proteínas envolvidas no processo replicativo do hRSV, destacamos a fosfoproteína P e a proteína M2-1, que interagem e facilitam a transcrição de todas as proteínas virais. Atualmente, estudos na literatura estabelecem que a interação entre essas proteínas é essencial para o processo de transcrição do hRSV, no qual a M2-1 atua como um fator de antiterminação da polimerase viral. Quando a interação M2-1/P é interrompida, o ciclo replicativo do vírus hRSV fica significativamente comprometido. O principal objetivo do presente estudo foi avaliar computacionalmente a ligação do domínio globular da proteína M2-1 (dgM2-1) à região helicoidal dos resíduos 90-110 da fosfoproteína P (peptídeo P90-110) utilizando simulações de dinâmica molecular e cálculos de energia livre de ligação. Além disso, buscou-se identificar as principais contribuições energéticas de resíduos do P90-110 envolvidos na interação com o dgM2-1 e propor mutações específicas no P90-110 que tinham potencial de aumentar a afinidade desse peptídeo mimético com o dgM2-1. Simulações de dinâmica molecular foram empregadas para avaliar a estabilidade da ligação dos quatro complexos cristalinos dgM2-1/P90-110 e, em seguida, foi empregada uma análise de clusterização para determinar uma estrutura representativa do complexo. A partir dessa estrutura representativa foi realizado um scan de alanina nos resíduos da região de alfa-hélice do peptídeo P90-110 para avaliar a contribuição energética para a ligação usando os métodos MM-PBSA, MM-GBSA e Integração Termodinâmica de Crescimento Rápido (ITCR). Através dos cálculos de energia de ligação via MM-PBSA, os resíduos carregados (Lys100, Lys103, Glu104 e Glu107) foram destacados com valores energéticos demasiados para a interação, o que se revelou com um viés do método. Para o método MM-GBSA, resíduos essenciais para a interação dgM2-1/P90-110 como Leu101 foram destacados, mas a incerteza estatística na determinação dos valores de energia mostrou-se como impeditivo para esse método. Já o método de ITCR apontou resíduos do P90-110 fundamentais para ligação ao dgM2-1, Leu101, Thr105, Thr108, Tyr102 e Ile106, que corroboram com resultados experimentais publicados na literatura e destacou os resíduos Phe98, Ser99, e Phe109 como pontos suscetíveis a mutações que poderiam dar origem a peptídeos miméticos do P90-110 com maior afinidade para o dgM2-1. A partir desses pontos suscetíveis de mutação foi proposto o peptídeo mimético FSF98/99/109YEY que apresentou uma afinidade (ΔΔG = –17,08 kJ/mol) e estabilidade conformacional (mais contatos moleculares e ligações de hidrogênio) significativamente maiores para a interação com o dgM2-1 em comparação com o peptídeo P90-110 selvagem. Vale destacar que o maior número de ligações de hidrogênio realizadas pelo peptídeo mimético FSF98/99/109YEY está diretamente relacionada com a contribuição dos resíduos mutados, o que demostra uma eficiência da estratégica computacional utilizada empregando o método ITCR. Com esses resultados foi proposto o peptídeo mimético FSF98/99/109YEY do P90-110 como um possível inibidor/bloqueador da interação M2-1/P, que pode ser testado experimentalmente. Em conclusão, o conhecimento gerado no presente trabalho pode ser útil para futuros estudos sobre as proteínas M2-1 e P e contribuir na busca por antivirais capazes de combater a infecção causa pelo hRSV atuando na interação M2-1/P que é importante para a processo do ciclo de replicação viral.
Resumo (inglês)
The human Respiratory Syncytial Virus (hRSV) is a pathogen that causes acute respiratory tract infections such as bronchiolitis and pneumonia. This virus has a high potential for contagion, mainly affecting the elderly and children up to 2 years of age. Among the various proteins involved in the replication process of hRSV, we highlight the phosphoprotein P and the M2-1 protein, which interact and facilitate the transcription of all viral proteins. Currently, studies in the literature establish that the interaction of these proteins is essential for the hRSV transcription process, in which M2-1 acts as a viral polymerase antitermination factor. When the M2-1/P interaction is disrupted, the replication cycle of the hRSV virus is significantly compromised. The main objective of the present study is to computationally evaluate the binding of the globular domain of the M2-1 protein (gdM2-1) to the helical region of residues 90-110 of phosphoprotein P (peptide P90-110) using molecular dynamics simulations and free energy calculations. Furthermore, it aims to identify the main energetic contributions of P90-110 residues involved in the interaction with gdM2-1 and propose specific mutations in P90-110 that may increase the affinity of this mimetic peptide with gdM2-1. Molecular dynamics simulations were used to evaluate the binding stability of gdM2-1/P90-110 crystalline complexes and then a clustering analysis was used to determine a representative structure of the complex. From this representative structure, an alanine scan was performed on the P90-110 peptide to evaluate the energetic contribution to binding using MM-PBSA, MM-GBSA and Fast Growth Thermodynamic Integration. Through binding energy calculations via MM-PBSA, the charged residues (Lys100, Lys103, Glu104 and Glu107) were highlighted with energetic values too high for the interaction, which revealed a method bias. For the MM-GBSA method, essential residues for the dgM2-1/P90-110 interaction such as Leu101 were highlighted, but the statistical uncertainty in determining energy values proved to be an impediment to this method. The Thermodynamic Integration method pointed out P90-110 residues that are fundamental for binding to dgM2-1, Leu101, Thr105, Thr108, Tyr102 and Ile106, which corroborate experimental results published in the literature and highlighted residues Phe98, Ser99, and Phe109 as susceptible points to mutations that could give rise to P90-110 mimetic peptides with greater affinity for dgM2-1. From these points susceptible to mutation, the mimetic peptide FSF98/99/109YEY was proposed, which presented significantly greater affinity (ΔΔG = -17,08 kJ/mol) and conformational stability (more molecular contacts and hydrogen bonds) for interaction with dgM2-1 compared to the wild-type P90-110 peptide. It is possible to highlight that the largest number of hydrogen bonds made by the mimetic peptide FSF98/99/109YEY is directly related to the contribution of mutated residues, which demonstrates the efficiency used using the Thermodynamic Integration method. With these results, the P90-110 mimetic peptide FSF98/99/109YEY was proposed as a possible inhibitor/blocker of the M2-1/P interaction, which can be tested experimentally. In conclusion, the knowledge generated in the present work can be useful for future studies on the M2-1 and P proteins and contribute to the search for infection caused by hRSV by acting on the M2-1/P interaction, which is important for the process of the viral replication cycle.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português
Como citar
MAZUCATO, Wan Suk Augusto. Investigação computacional da interação M2-1/Fosfoproteína do Vírus Sincicial Respiratório humano: explorando peptídeos miméticos como potenciais agentes antivirais. 2024. Dissertação (Mestrado em Ciências Biomoleculares e Farmacológicas) – Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas (Ibilce), São José do Rio Preto, 2024.