Benchmarking de campos de força para caracterizar o R2 intrinsecamente desordenado

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14226 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

As proteínas intrinsecamente desordenadas (IDPs) desempenham papéis cruciais em inúmeras doenças como Alzheimer e ELA, formando fibrilas amilóides irreversíveis. A eficácia dos campos de força (FFs) desenvolvidos para proteínas globulares e suas versões modificadas para PDIs varia dependendo da proteína específica. Este estudo avalia 13 FFs, incluindo AMBER e CHARMM, simulando a região R2 do domínio FUS-LC (região R2-FUS-LC), um IDP implicado na ELA. Devido à flexibilidade da região, mostramos que a utilização de múltiplas medidas, que avaliam as conformações locais e globais, e a sua combinação numa pontuação final são importantes para uma avaliação abrangente dos campos de força. Os resultados sugerem que o modelo de água c36m2021s3p com mTIP3p é o FF mais equilibrado, capaz de gerar diversas conformações compatíveis com as conhecidas. Além disso, o modelo hídrico mTIP3P é computacionalmente mais eficiente do que os dos FFs AMBER mais bem classificados com modelos hídricos de quatro locais. A avaliação também revela que os FFs AMBER tendem a gerar conformações mais compactas em comparação com os FFs CHARMM, mas também mais contatos não nativos. Os FFs AMBER e CHARMM de alto nível podem reproduzir contatos intrapeptídeos, mas apresentam desempenho inferior para contatos interpeptídeos, indicando que há espaço para melhorias.

Proteínas intrinsecamente desordenadas (IDPs) são proteínas que podem formar diferentes conformações dependendo do ambiente e de seus parceiros de ligação1. Alguns deslocados internos podem autoagregar-se para formar fibrilas amilóides que assumem a estrutura β cruzada2. A estrutura β cruzada consiste em proteínas/peptídeos de fita beta que são empilhados ao longo do comprimento da fibra formando longas folhas beta chamadas protofibrilas. Finalmente, complexos de protofibrilas formam fibrilas amilóides3.

As fibrilas amilóides estão associadas a doenças4,5 como Alzheimer, Parkinson, diabetes tipo II, Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA)4,6,7 e outras. A ELA é uma doença neurodegenerativa rara8,9 onde em 50% dos casos a morte ocorre dentro de três anos da primeira manifestação clínica10. Em pacientes com ELA, foram encontradas mutações de aminoácidos na região de Baixa Complexidade (LC) da proteína Fused in Sarcoma (FUS)11,12,13,14,15,16. A agregação irreversível de fibrilas amilóides foi observada na região FUS-LC mutada, enquanto fibrilas reversíveis são observadas no tipo selvagem11,16,17.

A proteína FUS humana (526 resíduos) está envolvida no splicing e transcrição do mRNA. O núcleo FUS-LC33-96 está envolvido na formação de fibrilas amilóides e contém quatro motivos repetidos (R1-R2-R3-R4) (Fig. S1, caixas violetas). Dentro de R1/R2, os motivos em tandem [S/G]Y[S/G] foram implicados na formação de núcleos de fibrilas amilóides reversíveis (RAC) (Fig. 1 e Fig. S1). A região R2 é conhecida por ser mais importante para a formação de fibrilas do que R122,23. As estruturas do núcleo FUS-LC33-9616,24 (Fig. 1) mostram que a região R2 tem poucos contatos de longa distância com o restante do domínio do núcleo LC (Fig. S2). Portanto, a região R2-FUS-LC50–65 é uma boa candidata para estudar a fibrilação amilóide.

Organização de domínio da proteína Fused in Sarcoma (FUS) completa. O domínio FUS N-terminal de baixa complexidade (LC) (resíduos 1–214) contém um domínio semelhante a príon rico em QGSY (1–165, caixa violeta) e uma região rica em Gly (166–214, caixa rosa). Dentro do domínio rico em QGSY, existem quatro motivos repetidos (R1 – R2 – R3 – R4). Dentro de R2 (região R2-FUS-LC) existe um núcleo de fibrila amilóide reversível (RAC 2) que está envolvido na formação de fibrilas. Tomamos apenas a região R2-FUS-LC para estudar a fibrilação FUS. Dentro do quadrado vermelho superior estão duas conformações diferentes resolvidas experimentalmente da região R2-FUS-LC. À esquerda, seis representantes da região R2-FUS-LC selecionados entre os 20 modelos da estrutura de RMN (PDB ID: 5W3N16, “em forma de U”). À direita, o modelo crio-EM do PDB ID: 7VQQ24, “em forma de L”. A figura foi preparada com Microsoft PowerPoint e VMD v1.9.325 (//www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/).