Caracterização estrutural de Dectin-1 humana e análise de interação com seus alvos moleculares β-glucanos e Syk

Autor: Elvira Regina Tamarozzi
Přispěvatelé: Silvana Giuliatti, Antônio José da Costa Filho, Jeremy Andrew Squire
Rok vydání: 2021
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
DOI: 10.11606/t.17.2020.tde-09042021-094503
Popis: Dectin-1 humana é um receptor transmembranar expresso na maioria das células que atuam na imunidade inata, apresenta um único C-type lectin-like domain (CTLD) em sua porção extracelular e um único motivo imunorreceptor de ativação baseada em tirosina (hemITAM) na porção intracelular. O motivo hemITAM atua como mediador da ativação induzida pelo reconhecimento de β-glucanos e dá início a resposta de sinalização que leva à produção de vários imunomoduladores. Dectin-1, além de ser um componente fundamental na sinalização de infecções fúngicas, também tem importante papel nas respostas imunes antitumorais, está correlacionado à resistência à insulina e obesidade, participa no processo de desenvolvimento da aterosclerose, atua de forma importante em doenças que causam processos inflamatórios crônicos e, em determinadas situações, pode desencadear o surgimento de doenças autoimunes. Estruturalmente, devido à importância biológica e farmacêutica das proteínas transmembranares, esforços experimentais e computacionais consideráveis têm sido feitos para melhor entender a estrutura e função dessas proteínas em ambientes de membrana. O objetivo do presente estudo foi determinar a estrutura tridimensional completa de Dectin-1 e analisar a interação de seus domínios funcionais com os alvos moleculares descritos, β-glucanos e proteína Syk. Por meio de métodos in silico foi possível determinar o modelo para a estrutura completa de Dectin-1. Para simular o arranjo de Dectin-1 na membrana celular foi construído um sistema proteína/membrana que foi submetido a simulações de dinâmica molecular. A análise dessas simulações mostrou que existem regiões com características especificas que conferem flexibilidade à estrutura e que essa flexibilidade pode estar associada à sua capacidade de oligomerização. Os domínios funcionais de Dectin-1 foram usados em análises de interação com os alvos β-glucanos e Syk. Uma conformação dimérica estável de Dectin-1 foi obtida por meio de docking proteína-proteína, possibilitando a ampliação das análises de interação de Dectin-1 com β-glucanos. As análises de interação do CTLD com β-glucanos evidenciou que a conformação dimérica pode ser mais favorável para a interação e possível reconhecimento de &beta-glucanos quando comparado ao estado monomérico. O tempo de interação entre os β-glucanos e o sítio de reconhecimento sugeriu que, possivelmente, a organização estrutural e tamanho do β-glucano pode influenciar no processo de oligomerização de Dectin-1 e na localização do sítio de reconhecimento do CTLD. As análises de interação entre o motivo hemITAM e a proteína Syk mostraram que é possível Dectin-1 formar um complexo estável com Syk pela interação do motivo hemITAM fosforilado com apenas o domínio SH2-1, deixando o domínio SH2-2 livre para interagir com outro hemITAM, otimizando a interação com a proteína Syk. Assim, pode-se concluir que, a caracterização estrutural de Dectin-1 permitirá que este importante receptor tenha seus domínios explorados como alvos em estudos para o desenvolvimento de fármacos com potencial ativador ou inibidor de suas funções, podendo promover a terapêutica em diversas patologias. A estrutura tridimensional aqui descrita, também poderá ser usada como molde para a determinação estrutural de outras proteínas da família das lectinas, podendo ser empregada em estudos para ampliar o conhecimento de sua função nos processos de sinalização celular. Human Dectin-1 is a transmembrane receptor expressed in most cells that act in innate immunity. Dectin-1 has a single C-type lectin-like domain (CTLD) in the extracellular part and a single immunoreceptor tyrosine-based activation motif (hemITAM) in the intracellular part. The hemITAM motif acts as a mediator of activation induced by the recognition of &beta-glucans and initiates the signaling response that leads to the production of several immunomodulators. Dectin-1, in addition to being a fundamental component in signaling fungal infections, is also important in anti-tumor immune responses, is correlated with insulin resistance and obesity, is involved in the process of developing atherosclerosis, has an important role in diseases that cause processes chronic inflammatory diseases and, in specific situations, can trigger the appearance of autoimmune diseases. Structurally, due to the biological and pharmaceutical importance of transmembrane proteins, considerable experimental and computational efforts have been made to better understand the structure and function of these proteins in membrane environments. The aim of the present study was to determine the complete three-dimensional structure of Dectin-1 and to analyze the interaction of its functional domains with the described molecular targets, β-glucans and Syk protein. It was possible to determine the model for the complete structure of Dectin-1 using in silico methods. To simulate the arrangement of Dectin-1 in the cell membrane, a protein/membrane system was built and subjected to molecular dynamics simulations. The analysis of these simulations showed that there are regions with specific characteristics that give flexibility to the structure and that this flexibility may be associated with its oligomerization capacity. The functional domains of Dectin-1 were used in interaction analysis with the β-glucans and Syk targets. A stable dimeric conformation of Dectin-1 was obtained through protein-protein docking, enabling the expansion of the analysis of interaction of Dectin-1 with β-glucans. The analysis of CTLD interaction with β-glucans showed that the dimeric conformation may be more favorable for the interaction and possible recognition of β-glucans when compared to the monomeric state. The interaction time between β-glucans and the recognition site suggested that, possibly, the structural organization and size of β-glucan may influence the Dectin-1 oligomerization process and the location of the CTLD recognition site. Interaction analyzes between the hemITAM motif and the Syk protein showed that it is possible for Dectin-1 to form a stable complex with Syk by the interaction of the phosphorylated hemITAM motif with only the SH2-1 domain, leaving the SH2-2 domain free to interact with another hemITAM, optimizing the interaction with the Syk protein. Thus, it can be concluded that the structural characterization of Dectin-1 will allow this important receptor to have its domains explored as targets in studies for the development of drugs with a potential activator or inhibitor of its functions, being able to promote therapy in several pathologies. The three-dimensional structure described here, can also be used as a template for the structural determination of other proteins of the C-type lectin family, and can be used in studies to expand the knowledge of its function in cell signaling processes.
Databáze: OpenAIRE
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