Predição da estrutura 3D de proteínas mimetizando o ambiente ribossômico

Abstract

A predição de estrutura 3D de proteínas partindo apenas da sequência de aminoácidos ainda é um grande desafio em bioinformática estrutural. Apesar da dificuldade, a predição precisa de ser acurada e rápida. Nesta dissertação, propõe-se e mesuram-se os efeitos da co-tradução e o uso de um modelo ideal de canal ribossomal na predição da estrutura 3D de proteínas, fazendo uso de dinâmica molecular clássica e dinâmica molecular com intercambio de réplicas. O modelo do canal ribosomal construído foi testado com diferentes velocidades de tradução, e os resultados foram comparados com simulações padrão. Foram testadas diferentes velocidades de tradução para verificar sua influência nas predições, e as velocidades que apresentaram os melhores resultados ficaram na faixa de 80 até 200 ps. A qualidade dos modelos preditos foram boas, apresentando valores de GDT-TS de 1,0, assim como 0,3 Å para RMSD para simulações de apenas 50 ns. No geral, demostra-se que o uso desta abordagem na predição da estrutura de proteínas, produz satisfatoriamente estruturas nativas ou perto da nativa em três de quatro proteínas testadas, atingindo assim a acurácia e velocidade esperadas. Como conclusão, o uso da co-tradução com um modelo do canal ribosomal é uma abordagem promissora para a predição de estruturas de mini proteínas perto da estrutura nativa. Melhoras na metodologia e no modelo permitirão uma predição de estruturas 3D de proteínas maiores de interesse biológico e biomédico.

Protein structure prediction from just the amino acid sequence continues to be a major challenge in structural bioinformatics. If at all possible, prediction needs to be accurate and fast. In this project, it is proposed and tested the effects of cotranslation within an ideal ribosomal channel model in protein structure prediction using classical molecular dynamics and replica-exchange molecular dynamics simulations. An ideal ribosomal channel model was built, different translation speeds were used and compared the results to control simulations. Different translation speeds were tested to verify their influence on predictions, and the best results were observed at translation speeds between 80 and 200 ps. The quality of the predicted models were as low as 0.3 Å and 1.0 for the RMSDs and GDT-TS parameters, respectively, for simulations of just 50 ns. Overall, the use of this approach to protein structure prediction has successfully produced native and near-native structures in three of the four proteins investigated, thus reaching accuracy and speed as expected. As a conclusion, using cotranslation within an IRCM is a promising approach to predict native-like 3D structures of mini-proteins successfully. Improvements to the methodology should allow the prediction of 3D structures of larger proteins of biological and biomedical interest.