Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Receptores nucleares formam uma superfamília de proteínas responsáveis pela regulação da expressão de genes. Estruturalmente, são formados por três domínios: um domínio N-terminal bastante variável, um domínio altamente conservado de ligação com o DNA e um domínio C-terminal, menos conservado, denominado domínio de ligação com o ligante (LDB). Diversos experimentos mostram que a interação com o ligante afeta a estrutura e a mobilidade da hélice C-terminal dos receptores nucleares (hélice 12 do domínio de ligação com o ligante), sendo o principal mecanismo de ativação e repressão da transcrição. As primeiras estruturas de LBDs de receptores nucleares revelaram importantes diferenças entre estruturas contendo ligantes (holo) e estruturas apo, principalmente no que diz respeito a posição da hélice 12: em estruturas apo, foi observada a H12 em uma conformação aberta, expondo o sítio de ligação com o ligante, enquanto que em estruturas holo, foi observada a H12 em uma conformação fechada, dobrada sobre o corpo do LBD e envolvendo completamente o ligante. Essa diferença sugeriu um mecanismo para a entrada e saída de ligantes do sítio de ligação denominado modelo da ratoeira, entretanto, esse modelo apresenta diversas inconsistências e tem sido desacreditado. Estudos experimentais e teóricos recentes mostram que a hélice 12 é mais móvel na ausência de ligantes, entretanto, esses estudos não fornecem evidencias de que o aumento da mobilidade da está associado com o deslocamento da H12 em relação ao corpo do LBD, como sugerido pelo modelo da ratoeira. Embora esteja claro que a hélice 12 é mais móvel na ausência de ligantes, a dimensão da variação conformacional sofrida pela hélice 12 ainda não está clara. Nesse trabalho buscamos a construção de um modelo capaz de dimensionar a mobilidade da hélice 12 através da comparação direta entre simulações de dinâmica molecular e experimentos de anisotropia de fluorescência resolvida no tempo. Utilizando simulações de dinâmica molecular reproduzimos experimentos de anisotropia de fluorescência acoplando a sonda cys-flúor a hélice 12 do PPARγ para estudar sua mobilidade. Mostramos que as observações experimentais só podem ser explicadas por conformações onde a sonda fluorescente permanece presa a superfície do LBD. Foi mostrado também que curvas de anisotropia com decaimentos comparáveis com os decaimentos experimentais estão associados a pequenas variações conformacionais de hélice 12. Simulações para dois modelos de apo-PPARγ com a H12 aberta em relação ao corpo do LBD e para as estruturas cristalográficas de apo-RXR e apo-ER, onde a H12 também adota uma conformação aberta, revelaram curvas de anisotropia com decaimentos mais rápidos que os experimentais. Esses resultados implicam em um modelo onde a H12 sofre alterações conformacionais locais, não apresentando variações tão dramáticas como o proposto pelo modelo da ratoeira. / Nuclear Hormone Receptors comprise a protein superfamily responsible for regulation of gene expression. Structurally, they are composed by three domains: a variable N-terminal domain, a highly conserved DNA-binding domain (DBD), and a less conserved C-terminal domain, known as ligand binding domain (LBD). Many experiments have shown that the interaction with ligands affects the structure and the mobility of nuclear receptors C-terminal helix (LBDs Helix 12), being the main mechanism of transcription activation and repression. The first nuclear receptor LBDs structures revealed important differences between ligand bound (holo) and apo-structures concerning the position of the H12: in apo structures, H12 adopted an open conformation, exposing the ligand binding pocket, whereas in holo structures, the H12 was closed, packed over the body of the LBD, burying completely the ligand. This difference suggested a mechanism for ligand entry and exit from the binding pocket called mouse-trap model, however this model has several inconsistencies and has been discredited. Recent experimental and theoretical studies have shown that H12 is more labile in the absence of ligand, but these studies dont provide evidences that the increase in the mobility is associated with the detachment of H12 from the body of the LBD as suggested by the mouse-trap model. Although its clear that H12 is more flexible in the absence of ligands, the size of the conformational changes undergone by H12 is not yet clear. In this work we seek to construct a definitive model for the range of motions that H12 may undergo in the presence or absence of ligand using molecular dynamics simulations. Through direct comparison between molecular dynamics simulations and time-resolved fluorescence anisotropy experiments, we show that experimental observation can only be explained by conformations where the fluorescent probe is interacting with the surface of the PPARγ surface. We also show that simulations with anisotropy decay rates comparable to the experimental decay are associated with small helix 12 conformational changes. Simulations with two models of apo-PPARγ with H12 detached from the body of the LBD and with crystallographic structures of apo-RXR and apo-ER, where the H12 also is in an open conformation, display anisotropy decay rates significantly faster than the experimental ones. These results imply a model for the molecular mobility of the LBD where H12 undergoes local conformational changes and should exhibit dynamic properties less dramatic than proposed by the mouse trap model.

Receptores nucleares formam uma superfamília de proteínas responsáveis pela regulação da expressão de genes. Estruturalmente, são formados por três domínios: um domínio N-terminal bastante variável, um domínio altamente conservado de ligação com o DNA e um domínio C-terminal, menos conservado, denominado domínio de ligação com o ligante (LDB). Diversos experimentos mostram que a interação com o ligante afeta a estrutura e a mobilidade da hélice C-terminal dos receptores nucleares (hélice 12 do domínio de ligação com o ligante), sendo o principal mecanismo de ativação e repressão da transcrição. As primeiras estruturas de LBDs de receptores nucleares revelaram importantes diferenças entre estruturas contendo ligantes (holo) e estruturas apo, principalmente no que diz respeito a posição da hélice 12: em estruturas apo, foi observada a H12 em uma conformação aberta, expondo o sítio de ligação com o ligante, enquanto que em estruturas holo, foi observada a H12 em uma conformação fechada, dobrada sobre o corpo do LBD e envolvendo completamente o ligante. Essa diferença sugeriu um mecanismo para a entrada e saída de ligantes do sítio de ligação denominado modelo da ratoeira, entretanto, esse modelo apresenta diversas inconsistências e tem sido desacreditado. Estudos experimentais e teóricos recentes mostram que a hélice 12 é mais móvel na ausência de ligantes, entretanto, esses estudos não fornecem evidencias de que o aumento da mobilidade da está associado com o deslocamento da H12 em relação ao corpo do LBD, como sugerido pelo modelo da ratoeira. Embora esteja claro que a hélice 12 é mais móvel na ausência de ligantes, a dimensão da variação conformacional sofrida pela hélice 12 ainda não está clara. Nesse trabalho buscamos a construção de um modelo capaz de dimensionar a mobilidade da hélice 12 através da comparação direta entre simulações de dinâmica molecular e experimentos de anisotropia de fluorescência resolvida no tempo. Utilizando simulações de dinâmica molecular reproduzimos experimentos de anisotropia de fluorescência acoplando a sonda cys-flúor a hélice 12 do PPARγ para estudar sua mobilidade. Mostramos que as observações experimentais só podem ser explicadas por conformações onde a sonda fluorescente permanece presa a superfície do LBD. Foi mostrado também que curvas de anisotropia com decaimentos comparáveis com os decaimentos experimentais estão associados a pequenas variações conformacionais de hélice 12. Simulações para dois modelos de apo-PPARγ com a H12 aberta em relação ao corpo do LBD e para as estruturas cristalográficas de apo-RXR e apo-ER, onde a H12 também adota uma conformação aberta, revelaram curvas de anisotropia com decaimentos mais rápidos que os experimentais. Esses resultados implicam em um modelo onde a H12 sofre alterações conformacionais locais, não apresentando variações tão dramáticas como o proposto pelo modelo da ratoeira. / Nuclear Hormone Receptors comprise a protein superfamily responsible for regulation of gene expression. Structurally, they are composed by three domains: a variable N-terminal domain, a highly conserved DNA-binding domain (DBD), and a less conserved C-terminal domain, known as ligand binding domain (LBD). Many experiments have shown that the interaction with ligands affects the structure and the mobility of nuclear receptors C-terminal helix (LBDs Helix 12), being the main mechanism of transcription activation and repression. The first nuclear receptor LBDs structures revealed important differences between ligand bound (holo) and apo-structures concerning the position of the H12: in apo structures, H12 adopted an open conformation, exposing the ligand binding pocket, whereas in holo structures, the H12 was closed, packed over the body of the LBD, burying completely the ligand. This difference suggested a mechanism for ligand entry and exit from the binding pocket called mouse-trap model, however this model has several inconsistencies and has been discredited. Recent experimental and theoretical studies have shown that H12 is more labile in the absence of ligand, but these studies dont provide evidences that the increase in the mobility is associated with the detachment of H12 from the body of the LBD as suggested by the mouse-trap model. Although its clear that H12 is more flexible in the absence of ligands, the size of the conformational changes undergone by H12 is not yet clear. In this work we seek to construct a definitive model for the range of motions that H12 may undergo in the presence or absence of ligand using molecular dynamics simulations. Through direct comparison between molecular dynamics simulations and time-resolved fluorescence anisotropy experiments, we show that experimental observation can only be explained by conformations where the fluorescent probe is interacting with the surface of the PPARγ surface. We also show that simulations with anisotropy decay rates comparable to the experimental decay are associated with small helix 12 conformational changes. Simulations with two models of apo-PPARγ with H12 detached from the body of the LBD and with crystallographic structures of apo-RXR and apo-ER, where the H12 also is in an open conformation, display anisotropy decay rates significantly faster than the experimental ones. These results imply a model for the molecular mobility of the LBD where H12 undergoes local conformational changes and should exhibit dynamic properties less dramatic than proposed by the mouse trap model.