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Title: Estudos in silico do comportamento dinâmico do receptor P2x7 humano
Authors: Soares, Rafael Ferreira
Advisor: Caffarena, Ernesto Raul
Teixeira, Pedro Celso Nogueira
Members of the board: Alves, Carlos Roberto
Silva, Robson Coutinho
Dardenne, Laurent Emmanuel
Limaverde, Gabriel
Silva Junior, Floriano Paes
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Abstract: O receptor P2X7, contido na família de receptores P2, é um receptor inotrópico purinérgico, cátion seletivo, ativado por nucleotídeos (ATP). Esses receptores são expressos em células do sistema nervoso central, periférico e células da linhagem hematopoiética além de estarem envolvidos em diversos processos biológicos como a transdução de sinais da dor, participação na inflamação granulomatosa, dentre outros. Dos seus sete subtipos (P2X1 \2013 P2X7) o P2X7 possui a característica de formar um poro cuja condutância é aumentada em aproximadamente 26 vezes em relação à condutância padrão de todos os receptores da família P2X (~15 pS). Este aumento na condutância se reflete em possibilitar a passagem de moléculas de até 900 Da. Este estudo propõe através da aplicação das técnicas de modelagem comparativa e dinâmica molecular analisar o comportamento dinâmico de um modelo do receptor P2X7 humano, desde seus movimentos de fechamento e abertura do canal de baixa condutância, até a passagem de íons catiônicos (Potássio) e aniônicos (cloreto) para avaliar a seletividade do canal. Isto é necessário pois ainda não se dispõe de um modelo experimental (Ressonância Magnética Nuclear ou Cristalografia de raio-X) e ainda existem dúvidas sobre o mecanismo de ativação que elucide o processo de transição entre o estado de menor condutância (um canal aberto) para o estado de maior condutância (formação de um poro) Foram construídos dois modelos do receptor P2X7 por meio de modelagem comparativa utilizando como molde o receptor P2X4 do organismo Danio rerio (único molde viável até o momento) em seus estados aberto e fechado. As simulações de dinâmica molecular revelaram o tempo de fechamento de canal (região transmembranar) e o rearranjo do sítio de ligação ao ATP em ~400ps e ~650ps, respectivamente. As dinâmicas de passagem dos íons confirmaram as características cátion seletivas do canal, visto que foi possível observar a passagem de todos os íons de potássio dispostos na região de estreitamento do canal e também foi observada a expulsão de uma das três dispostas na mesma região que os íons catiônicos avaliados. Estes resultados ressaltam que os sistemas simulados para avaliar o comportamento do receptor P2X7 descrevem comportamentos semelhantes aos descritos experimentalmente ressaltando a possibilidade de uso dos modelos construídos neste trabalho para aplicação em estudos piloto futuros (virtual screening, docking molecular) para avaliação de compostos promissores que atuem como agonistas ou antagonistas mais seletivos que os compostos existentes atualmente
Abstract: The P2X7 is an inotropic, purinergic, cation-selective and activated by nucleotides (ATP) receptor that belongs to the P2 receptor family. These receptors are found in central and peripheral nervous system cells and in hematopoietic lineage cells. In addition, P2X7 receptors are involved in a vast number of biological processes such as pain signal transduction, participation in granulomatous inflammation, among others. From all seven subtypes (P2X1 \2013 P2X7), P2X7 receptor presents the characteristic of forming a pore whose conductance increases approximately 26 times more than the standard conductance from all others P2X receptors (~15 pS). This rise in the conductance allows the entrance of molecules up to 900 Da. The aim of this study is to employ comparative modeling and molecular dynamics methods to analyze the dynamic behavior of the human P2X7 receptor to assess the channel selectivity, regarding the opening and closing movements and the passage of cations (potassium) and anions (chloride) across the low conductance channel). The combination of these methods is necessary since there is no model determined by experimental methods such as Nuclear Magnetic Resonance or X-ray Crystallography, and doubts remain about the activation mechanism that drives the receptor form a state of low conductance (open channel) to a state of high conductance (pore formation) Two P2X7 receptor models were built by means of comparative modeling using as template the 3D structure of P2X4 receptor from Danio rerio organism in its open and close states. Molecular dynamics simulations revealed the channel closing time (transmembrane region) and the rearrangement of the ATP binding site took place, in ~400 ps and ~650 ps, respectively. The ion entry simulations confirmed the cation selectivity characteristics of the channel, since it was possible to observe the entrance of all potassium molecules present in the narrowed region of the channel. Furthermore, it was noted the expelling of the chloride molecules at the same regions. These results highlight that the P2X7model reproduce its experimental behavior. It is possible to describe similar mechanisms described experimentally; emphasizing the prospect of using these models in future studies (virtual screening, molecular docking) to evaluate lead compounds, capable of acting as more selective agonists or antagonist than the current available ones
DeCS: Estrutura Quaternária de Proteína
Receptores Purinérgicos P2X7
Simulação de Dinâmica Molecular
Espectroscopia de Ressonância Magnética
Cristalografia por Raios X
Issue Date: 2015
Citation: SOARES, R. F. Estudos in silico do comportamento dinâmico do receptor P2x7 humano. 2015. 119f. Dissertação (Mestrado em Biologia Computacional e Sistemas) - Fundação Oswaldo Cruz, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de janeiro, RJ, 2015
Date of defense: 2015
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Department: 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 - Dissertações de Mestrado

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