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Previous issue date: 2017-10-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Flavivirus-induced pathogens are considered a serious public health problem in the world, because they affect primarily the poor populations of underdeveloped tropical countries. This family of viruses has an enveloped positive RNA genome encoding tree structural proteins and seven non-structural proteins. In particular, non-structural protein 1 (NS1) is associated mainly with the viral replication process and immune system leakage, and can be found in different glycosylated oligomeric forms, but only "mature" after its dimerization, or when in the hexamer form. In this context, inhibition of the dimerization process of NS1 has been pointed as a great target for the rational design of drugs. However, for this type of rationalized approach to be successful, it is necessary to understand the molecular mechanisms involved in the process of dimerization, as well as characterize its functional regions. In this study, through Molecular Dynamics (DM) simulations, the structural behavior of the NS1's of the Dengue and Zika were evaluated and compared in the monomeric and dimeric forms, from structures crystallized with glycosylations. For the structure of the Dengue (PDB: 5k6k), there was a need to previously model the regions of missing residues, then making necessary to replace the sugars in the structures. All of the N-glycosylations and intercysteine bonds of each monomer and dimer were performed in the Amber14 software. Specific histidine protonation was predicted by the H++ assay before proceeding with DM. All structures were submitted to DM by 100ns using the GROMACS 5.1.2 software. The stability and flexibility of the structures observed in the trajectories were used to elucidate the mechanisms responsible for the monomer-monomer interaction, as well as to understand the singularities between the regions that stood out. In the monomeric form of the two species, large conformational fluctuations were observed in their N-terminal loops involved in the β-roll composition, which in the dimeric form were stabilized by the triad Ile/Val19 - Phe20 - Ile21 for creating a framework favorable to the interlacing of the N-terminal loops between the A and B chains. Concomitantly, Lysines-189 of the β-ladder domain acted as a key residue (staple) to stabilize the central portion of β-roll. The stability mechanisms of NS1 revealed in this work for the Zika and Dengue species, contribute to make the possibility of pharmacological intervention more accessible, in a rationalized way, whose approach could be directed at specific structural points responsible for its biological role. / As patogenias causadas pelos Flavivírus são consideradas um sério problema de saúde pública no mundo, pois afetam principalmente populações pobres de países tropicais subdesenvolvidos. Esta família de vírus apresenta um genoma de RNA positivo envelopado que codifica três proteínas estruturais e sete proteínas não estruturais. Em particular, a proteína não estrutural 1 (NS1) está associada principalmente aos processos de replicação viral e escape do sistema imune, sendo encontrada em diferentes formas oligoméricas glicosiladas, mas na sua forma “madura” somente após sua dimerização, ou quando na forma de hexâmero. Neste contexto, a inibição do processo de dimerização da NS1 tem sido apontada como um ótimo alvo para o design racional de fármacos. Contudo, para que este tipo de abordagem racional seja bem sucedida, é necessário compreender os mecanismos moleculares que estão envolvidos no seu processo de dimerização, bem como caracterizar suas regiões funcionais. Neste estudo, através de simulações de Dinâmica Molecular (DM), o comportamento estrutural das NS1’s do Zika e Dengue foram analisados e comparados nas formas monoméricas e diméricas, partindo de estruturas cristalizadas nas formas glicosiladas. No caso da estrutura do Dengue (PDB: 5k6k) houve a necessidade de modelar previamente as regiões dos resíduos faltantes, tornando em seguida necessária a recolocação dos açucares nas estruturas. Todas as N-glicosilações e ligações entre cisteínas de cada monômero e dímero, foram efetuadas a partir do software Amber 14. A protonação especifica das histidinas foi predita pelo servirdor H++ antes de proceder com a DM. Todas as estruturas foram submetidas à DM por 100ns usando o software GROMACS 5.1.2. A estabilidade e flexibilidade das estruturas observadas nas trajetórias foram usadas para elucidar os mecanismos responsáveis pela interação monômero-monômero, bem como compreender as singularidades entre as regiões que se destacaram. Na forma monomérica das duas espécies, observou-se grandes flutuações conformacionais nas suas alças N-terminais envolvidas na composição do β-roll, que na forma dimérica foram estabilizadas pela tríade Ile/Val19 - Phe20 - Ile21 por criar um arcabouço favorável ao entrelaço das alças N-terminais entre as cadeias A e B. Concomitantemente, as Lisinas-189 do domínio β-leadder atuaram como um resíduo chave (grampo) para estabilizar a porção central do β-roll. Os mecanismos de estabilidade da NS1 revelados neste trabalho para as espécies Zika e Dengue, contribuem para tornar mais acessível a possibilidade de uma intervenção farmacológica de forma racionalizada, cuja abordagem poderia ser dirigida em pontos estruturais específicos responsáveis por seu papel biológico.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/8019 |
| Date | 05 October 2017 |
| Creators | Gonçalves, Ricardo Lemes |
| Contributors | Silva, Roosevelt Alves da, Moreli, Marcos Lázaro, Silva, Roosevelt Alves da, Moreli, Marcos Lázaro, Santos, Wagner Gouvêa dos, Silveira, Nelson José Freitas da |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Ciências Aplicadas a Saúde (RJ), UFG, Brasil, Regional Jataí (RJ) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -891722852459007405, 600, 600, 600, 600, -7730867143693479402, 8765449414823306929, 2075167498588264571 |
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