Study of the movement of the WPD flexible loop of human protein tyrosine phosphatase PTP1B and the factors that influence it

Abstract

El presente trabajo de tesis se enmarca dentro del estudio de la estructura de diferentes complejos entre una proteína de interés farmacológico y ligandos, y el análisis de las consecuencias que dichos modelos estructurales tienen sobre los mecanismos tanto de inhibición como catalítico. En particular, este trabajo apunta hacia el refinamiento a resolución mediana de la enzima humana PTP1B y, más específicamente, al estudio estructural por cristalografía y modelización del movimiento del lazo flexible WPD de esta enzima frente a la presencia de diferentes iones halógenos. La proteína de interés fue co-cristalizada en diferentes concentraciones de buffer acetato y de iones halógeno (Br y I -). Estos cristales fueron medidos en fuentes de radiación sincrotrónica, y las estructuras tridimensionales de los complejos fueron determinadas. Estos datos experimentales permitieron comprobar que en los complejos formados por la proteína y el ion bromuro el lazo WPD fue encontrado tanto en la conformación cerrada como la abierta, mientras que en los complejos con el ion ioduro sólo se obtuvieron estructuras en las que el mencionado lazo se encontraba en conformación cerrada. Esto estaría indicando una relación entre la identidad del ion presente en el complejo y la fuerza de las interacciones establecidas entre éste y los residuos proteicos circundantes. Los estudios cristalográficos también permitieron determinar una correlación entre la concentración de haluro presente en la mezcla en la que el cristal fue crecido y la conformación del lazo en estudio en dicho cristal. A mayor concentración del haluro, mayor es la ocupación tanto del ion como de la conformación cerrada del lazo. Con respecto a esto, se observó que cuando la solución presentaba concentraciones elevadas tanto de acetato como del haluro, el efecto del primero prevalecía, y la ocupación del haluro disminuía. En busca de una correlación entre el tipo de ion presente en el complejo y la ocupación relativa de cada uno de los iones presentes, se llevó a cabo una serie de estudios teóricos, empleando diferentes técnicas y niveles de teoría. Los movimientos colectivos de la enzima PTP1B en complejo con los dos haluros considerados fueron estudiados a través de una simulación de Dinámica Molecular, empleando el módulo SANDER del programa AMBER10. La información obtenida respecto al movimiento del mencionado lazo en ambos complejos fue consistente con las observaciones experimentales obtenidas en este mismo trabajo: mientras que el complejo proteína-bromuro presenta un cambio conformacional a lo largo de la simulación, esto no se observó para el complejo proteína-ioduro. Esto apoya la teoría previamente planteada de la existencia de interacciones diferenciadas entre los dos haluros y los residuos circundantes. Para lograr una mejor comprensión de las interacciones actuantes entre ambos iones y los residuos proteicos de la región catalítica, se están llevando a cabo optimizaciones de geometría para cuatro de los complejos (PTP1B-bromuro con el lazo en conformación cerrada, el mismo complejo con el lazo en la conformación abierta, PTP1B-ioduro en conformación abierta y el mismo complejo en conformación cerrada). Estos cálculos se están llevando a cabo empleando el modelo multicapa ONIOM del programa Gaussian09, el cual nos permite estudiar las partes más relevantes de la estructura a un nivel de funcionales de la densidad, empleando el funcional M06, y empleando la base DGDZV para representar los orbitales de Kohn-Sham de ambos iones, y la base 6-31G* para representar los residuos proteicos del sitio catalítico. El resto de la proteína se está estudiando a nivel de Mecánica Molecular, empleando el campo de fuerza AMBER para representar las interacciones existentes. Una etapa crítica para poder emplear métodos híbridos es la correcta determinación de la región a estudiar al nivel más elevado de teoría (DFT). En este trabajo se presenta la metodología empleada para lograrlo, y se deja constancia de los residuos que se consideran dentro de la región más relevante de la estructura. El presente trabajo muestra que ciertas interacciones entre los residuos del sitio catalítico y el ligando presente en el complejo serían los responsables de la conformación adoptada por el lazo flexible WPD de la proteína PTP1B. Una vez se terminen los estudios híbridos y se logre determinar cuáles son los principales residuos catalíticos, se tendrá un punto de partida confiable para el diseño costo-efectivo de posibles inhibidores específicos para esta enzima.