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Title: Análise da Dissociação entre as Proteínas H-2 de Classe I e Epítopos da Extensão COOH-Terminal da CPB de Leishmania (L.) amazonensis
Advisor: Caffarena, Ernesto Raul
Alves, Carlos Roberto
Members of the board: Passetti, Fábio
Gomes, Diego Enry Barreto
Lima Junior, Josué da Costa
Authors: Brandt, Artur Antônio Melo de Lira
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Abstract: Novas estratégias para controlar a infecção por Leishmania spp demandam um grande conhecimento a respeito de vários aspectos da doença e um entendimento dos eventos que ocorrem em escala molecular durante esta infecção. Uma das questões essenciais durante a infecção por Leishmania é a capacidade dos peptídeos derivados da região COOH-terminal da cisteíno-proteinase tipo B (CBP) da Leishmania de interagir com a fenda do MHC (complexo principal de histocompatibilidade, do inglês Major histocompatibility complex) de classe I. Foi proposto que durante o estágio intracelular do parasito podem ocorrer interações entre fragmentos da região COOH-terminal da CPB e o sistema imune do hospedeiro vertebrado, especificamente com as proteínas do MHC de classe I. No modelo murino, a CPB da Leishmania amazonensis promove a regulação da resposta imune, e os fragmentos da sua extensão COOH-terminal (cyspep) são reportados como importantes fatores para a infecção. Peptídeos derivados da cyspep interagem com a proteína H-2 (MHC de camundongos) de classe I, e podem ter um papel chave na interação parasito-hospedeiro, sinalizando para clones específicos de linfócitos T. Neste trabalho, aplicamos uma abordagem de simulação da dinâmica molecular para estudar o processo de dissociação de sete peptídeos derivados da cyspep, previamente identificados como capazes de interagir com as proteínas H-2 de classe I. No entanto, o processo de saída de peptídeos da fenda da proteína H-2 é considerado um evento raro, e as simulações da dinâmica molecular tradicional não são capazes de reproduzir este processo em um tempo computacional factível. Aplicamos a metadinâmica (MetaD) para simular a dissociação desses peptídeos da fenda dos receptores H-2 Utilizando esta abordagem, fomos capazes de calcular a energia livre de dissociação correspondente a cada uma dos complexos e descrever, em escala molecular, o processo de saída dos peptídeos. Para testar a aplicabilidade desta abordagem, executamos as simulações de MetaD em um conjunto de validação composto de quatro estruturas cristalográficas H-2/peptídeos. Nossos resultados mostraram valores consistentes de \0394Gdissociação calculados pelos ensaios de MetaD, quando comparados com os valores obtidos do servidor PDBePISA. Exploramos o processo de dissociação dos peptídeos que formaram complexos com as proteínas H-2 Ld e Db, e algumas das principais interações entre estes peptídeos e os receptores H-2 foram identificadas. As interações de hidrogênio mais persistentes ocorreram entre a região NH2- terminal dos peptídeos e os resíduos da fenda das proteínas H-2, exceto para o complexo 11, onde não houve formação de ligações de hidrogênio com a região NH2-terminal do peptídeo. Para o haplótipo Db, observamos ligações de hidrogênio mais persistentes sendo mantidas entre o resíduo Glu63 da proteína e a região NH2-terminal do peptídeo, corroborando que este resíduo é uma importante âncora para a ligação do peptídeo à proteína H-2. Para todos os complexos, observamos três regiões de influência da energia de interação intermolecular entre os peptídeos e a proteína. Isto sugere uma distância mínima (~25 Å) para que a interação entre os peptídeos e as proteínas H-2 concretamente ocorram
Abstract: New strategies to control Leishmania spp disease demand an extensive knowledge about several aspects of the infection and an understanding of its molecular events. One of the essential aspects of the Leishmania infection is capacity of peptides derived from cysteine-proteinase type B (CPB) to bind the cleft of the MHC (Major histocompatibility complex ) Class I. It has been proposed that during intracellular life stage of the parasite, interactions occur between fragments from COOH-terminal region of CPB and immune system of the vertebrate host, specifically with MHC class I proteins. In murine models, CPB from Leishmania amazonensis promotes regulation of immune response, and fragments from its COOH-terminal extension (cyspep) are important factors during Leshmania infections. Cyspep-derived peptides interact with H-2 (murine MHC) class I proteins, and could play a key role in host-parasite interaction, signaling for specific lymphocyte T clones. In this work, we applied molecular dynamics simulations to study dissociation process for seven cyspep-derived peptides, previously identified as capable of interacting with H-2 class I proteins. However, the exit of peptides from the cleft of H-2 is a rare event, and standard molecular dynamics simulations are not able to mimic this process over a feasible computational time. We applied metadynamics (MetaD) to simulate dissociation of these peptides from the cleft of H- 2 receptors Using this approach, we were able to measure corresponding free energies of dissociation and describe the exit of peptides, at a molecular scale. To test the applicability of this approach, we perform MetaD on a validation set with four crystallographic H-2/peptide complexes. Our results showed consistent estimated values of \0394Gdissociation, comparing with values obtained from PDBePISA webserver. We explored the dissociation process of peptides in complex with H-2 Ld and Db proteins, and some main interactions between peptides and H-2 receptors were identified. The most persistent hydrogen bonds interaction occurred between NH2- terminal region of peptides and residues from the cleft of H-2 proteins, except for complex 11, were no hydrogen bonds interactions with NH2-terminal region of peptide were observed. For haplotype Db, we observed persistent hydrogen bonds between residue Glu63 from H-2 protein and NH2-terminal region of peptide, corroborating this residue as an important peptide anchor for binding to H-2 protein. For all complexes, three areas of the influence of non-bonded interactions were observed, and it suggests a minimum distance (~25 Å) required for the concrete interactions between peptide/H-2 proteins occur
keywords: Superfície de Energia Livre
DeCS: Haplotipos
Leishmania
Simulação de Dinâmica Molecular
Cisteína Proteases
Issue Date: 2015
Citation: BRANDT, A. A. M. de LIRA. Análise da Dissociação entre as Proteínas H-2 de Classe I e Epítopos da Extensão COOH-Terminal da CPB de Leishmania (L.) amazonenses. 2015. 102f. Tese (Doutorado em Biologia Computacional e Sistemas) - Fundação Oswaldo Cruz, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de janeiro, RJ, 2015
Date of defense: 2015-12-11
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Department: Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz
Program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas
Copyright: open access
Appears in Collections:IOC - PGBCS - Teses de Doutorado

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