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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.60.2012.tde-03072012-163222
Documento
Autor
Nome completo
Renata Almeida Garcia Reis
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2012
Orientador
Banca examinadora
Caliri, Antonio (Presidente)
Costa Filho, Antônio José da
Pascutti, Pedro Geraldo
Título em português
Estudo dinâmico conformacional da proteína calgranulina C (S100A12) mediante interação com íons e receptor RAGE
Palavras-chave em português
Calgranulina C
Conformação Estrutural
Dinâmica Molecular
Resumo em português
Calgranulina C (S100A12) é membro da família das proteínas S100 "EF-hands" que complexam cálcio. A S100A12 humana é expressa predominantemente por granulócitos e é superexpressa em compartimentos inflamatórios. Níveis séricos elevados de S100A12 são encontrados em pacientes acometidos por distúrbios inflamatórios, neurodegenerativos, metabólicos e neoplasias. A S100A12 intracelular existe como um homodímero anti-paralelo. Cada monômero é composto por um "EF-hand" clássico, C-terminal (HI - LI - HII), e um "EF-hand" N-terminal, o pseudo "EF-hand" (HIII - LIII - HIV). Os "motifs" são conectados pela região do "hinge" (LII). A Calgranulina C também liga íons zinco e cobre em uma região formada pelas duas subunidades do dímero. Mudanças nas concentrações citosólicas de íons regulam uma grande variedade de processos celulares, e as proteínas que complexam íons são moléculas importantes na transdução do sinal, diferenciação e controle do ciclo celular. O mecanismo pelo qual a Calgranulina C modula o curso do processo inflamatório está relacionado à interação com o receptor para produtos finais de glicosilação (RAGE). Para obter detalhes sobre os mecanismos envolvidos nas etapas de sinalização celular das quais a S100A12 participa, nosso objetivo foi qualificar e quantificar a atividade conformacional dos domínios da S100A12 induzida por variações de parâmetros termodinâmicos intensivos, como mudanças nas concentrações de íons. Além disso, nós investigamos os detalhes da interação entre S100A12 e RAGE para elucidar a região do receptor com a qual a S100A12 interage e quais são os resíduos envolvidos nesta interação. Para os estudos da influência da presença de íons na dinâmica conformacional da S100A12, simulações de dinâmica molecular foram realizadas usando o pacote de simulação GROMACS com o campo de força OPLS-AA, no "ensemble" NVT. As estruturas iniciais usadas foram as estruturas cristalográficas da S100A12 (PDB ID: 2WCE e 1E8A). Estas foram submetidas a diferentes concentrações de cloreto de sódio, cálcio e zinco em sistemas separados e solvatados com o modelo de água "SPC". Nossos resultados sugerem que em baixas concentrações de Ca2+, o LI permanece ocupado pelo Na+. No período entre ondas de Ca2+, este íon tem acesso à proteína exclusivamente pelo LIII (no EF-2). A medida em que há presença de Zn2+, esse contribui para a saída do Na+ do LI, evento que envolve a participação do resíduo Asp25, permitindo que o LI se abra e descomplexe o Na+. Além disso, devido a alta deformabilidade estrutural, a HIII é muito influenciada pelos íons Na+ e Ca2+, sendo que em determinadas concentrações, ambos levam a perda parcial desta hélice e da HIIa ("Hinge-Region") e ao aumento da flexibilidade desta região, embora apenas o Ca2+ seja capaz de se complexar, via HIII, a região próxima ao LIII. Com relação aos estudos com o RAGE, foram realizados estudos de "docking" molecular e simulações de SMD ("Steered Molecular Dynamic"). A análise dos nossos resultados, sugere que a interação da S100A12 com o RAGE ocorre tanto no domínio V, quanto no domínio C1 do RAGE e depende da região de conexão entre estes domínios. Também, observamos que estados oligoméricos maiores, por exemplo, hexâmeros de S100A12 (PDB ID: 1GQM), têm possibilidades maiores de interação com RAGE e que nestes casos, as regiões relevante da interação envolvem, de acordo com nossos resultados, porções N e C-terminal da HI e C-terminal da HIV da S100A12.
Título em inglês
Dynamic and conformational study of protein calgranulin C (S100A12) in interaction with ions and RAGE receptor
Palavras-chave em inglês
Calgranulin C
Molecular-Dynamics
Structural conformation
Resumo em inglês
Calgranulin C (S100A12) is a member of the S100 family of EF-hand calcium-binding proteins. Human S100A12 is predominantly expressed by granulocytes and is markedly overexpressed in inflammatory compartments. Elevated serum levels of S100A12 are found in patients suffering from various inflammatory, neurodegenerative, metabolic, and neoplasic disorders. Intracellular S100A12 exists as an anti-parallel homodimer. Each monomer is composed of a C-terminal, classic EF-hand (HI - LI - HII), an N-terminal, pseudo EF-hand (HIII - LIII - HIV). The motifs are linked by the hinge-region. Calgranulin C also binds zinc and copper ions in a site formed by both subunits of dimer. Changes in cytosolic ions concentrations regulate a wide variety of cellular process, and ions-binding proteins are the key molecules in signal transduction, differentiation, and cell cycle control. The mechanism by which calgranulin C modulates the course of inflammatory process is related to its interaction with the receptor for advanced glycated products (RAGE). In order to obtain details about the mechanism involved in cell signaling steps in which S100A12 participates, our goal was to qualify and quantify the activity conformational of S100A12 domains, induced by variations of intensive thermodynamic parameters, as changes in the concentration of ions. Furthermore we investigated the details of the interaction between S100A12 and RAGE in order to elucidate the region of the receptor which interacts with S100A12 and what are the residues involved in this interaction. In order to access the influence of the presence of ions over the conformational dynamics of S100A12, molecular dynamics simulations were performed using the GROMACS suite with the OPLS-AA force field and NVT ensemble. The initial structures used were experimentally determined by X-ray crystallography (PDB ID: 2WCE and 1E8A). They were separately submitted to different concentrations of sodium, calcium and zinc chloride and solvated with the SPC water model. Our results suggest that at low concentrations of Ca²?, LI remains occupied by Na?. During calcium-waves, it can reach the protein exclusively through LIII (in EF-2). As the Zn²? concentration rises, it contributes to the Na? unbinding from LI, an event that involves the residue ASP-25, which allows LI to open and the Na? to unbind. Furthermore, because of its high structural deformability, HIII is strongly influenced by both Na? and Ca²? ions which, in certain concentrations, leads to partial loss of this helix and of HIIa (Hinge-Region) and increases in the flexibility of this region, although only Ca²? is able to bind, through HIII, to the region near LIII. Regarding the RAGE studies, molecular docking essays and SMD (Steered Molecular Dynamics) simulations were performed. Our data analysis suggests that the interaction between S100A12 and RAGE takes place through both V and C1 RAGE domains and depends upon the interdomain region. Additionally, we observed that higher oligomeric states, e.g. S100A12 hexamers (PDB ID: 1GQM), have more interaction possibilites with RAGE and that, according to our results, in this case the interacting region of S100A12 comprises the N- and C-terminal portions of HI and Cterminal of HIV.
 
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Data de Publicação
2012-07-16
 
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