Computational modelling of the ph effect on intrinsically disordered proteins

Resumen

Las proteínas intrínsecamente desordenadas (IDPs) se popularizaron en el marco de la biología molecular a principios del siglo XX para cuestionar el paradigma de la función-estructura de las proteínas. Debido a su flexibilidad intrínseca y sus transiciones de desorden-a-orden, las IDPs desempeñan un papel clave en la regulación adaptativa y la mediación de respuestas biológicas en las células. No obstante, el desorden intrínseco provoca que las IDPs sean difíciles de caracterizar mediante técnicas experimentales, lo que dificulta la elucidación de sus mecanismos de acción en las funciones biológicas. Las simulaciones de Dinámica Molecular pueden captar los conjuntos conformacionales de las macromoléculas, sin embargo, en las simulaciones de IDPs es necesario abordar previamente varias cuestiones, como una parametrización adecuada para reproducir el desorden intrínseco, mejorar el muestreo conformacional o algunos factores del entorno celular tal como la fuerza iónica, el pH, el molecular crowding, etc. Con la reciente introducción de estas proteínas en el panorama científico, esta tesis se presenta como una contribución para proporcionar una mayor comprensión de las simulaciones de IDPs, especialmente sobre el efecto del pH. Debido a la gran abundancia de aminoácidos ionizables en las IDPs, la incorporación del acoplamiento carga-conformación en las simulaciones es fundamental. Por lo tanto, se investiga el efecto del cambio dinámico de los estados de protonación en función del pH sobre la generación de conjuntos conformacionales de IDPs utilizando el método de Dinámica Molecular a pH constante. Durante el estudio, se identificaron algunas deficiencias del método, lo que nos impulsó a realizar una evaluación en profundidad del mismo. Por otro lado, también ponemos a prueba nuevos campos de fuerza o modelos de agua diseñados para la simulación de IDP, así como modelos de grano grueso o técnicas de muestreo, en el péptido modelo IDP, histatin-5, con una de las simulaciones más exhaustivas del péptido. Por último, nos centramos en la IDP α-sinucleína (αS), implicada en la enfermedad de Parkinson a través de su fibrilación y oligomerización hasta depositarse en los cuerpos de Lewis. Utilizando el campo de fuerza específico para IDP ff14IDPSFF, se detectan intermedios ricos en láminas β en un fragmento de αS. Adicionalmente, proporcionamos unas pinceladas del efecto del pH sobre αS y β-sinucleína, con la intención de continuar este estudio en el futuro, utilizando los conocimientos adquiridos en esta tesis para entender el mecanismo de fibrilogénesis de estas proteínas.