Resolução de novas interações proteína-proteína a partir de paisagens de sequências artificiais

Abstract

Teorias coevolutivas descrevem a distribuição de probabilidade de proteínas que interagem em termos de um modelo estatístico de Boltzmann. Como resultado de pressões seletivas, espera-se que essa distribuição se desvie acentuadamente da uniformidade apresentando um número relativamente pequeno de sequências muito prováveis em todo o espaço de sequências. Enquanto essa afirmação deva ser verdadeira para sistemas interólogos em geral, suas distribuições de sequência podem não ter sido totalmente moldadas por pressões seletivas, abrindo a possibilidade de que novas sequências interólogas possam ser selecionadas a partir de distribuições de menor entropia geradas artificialmente. O objetivo desse trabalho foi investigar o significado físico de novas sequências selecionadas a partir de paisagens de fitness artificiais. Para isso, exploramos um Algoritmo Genético, que resolve a distribuição maximizando os acoplamentos estatísticos, começando de um alinhamento múltiplo de sequências nativo e explorando o espaço de alinhamentos múltiplo de sequências embaralhados. Também resolvemos uma distribuição minimizando os acoplamentos estatísticos através do embaralhamento ao acaso do alinhamento múltiplo de sequências. Uma vez que as sequências artificiais foram selecionadas a partir das distribuições maximizadas e minimizadas, suas energias livre de ligação em uma pose de interação nativa fixa foram avaliadas de acordo com os cálculos de energia livre baseados no método MM/PBSA. Para avaliar o sentido físico das sequências nativas e artificiais calculamos a temperatura de seleção em relação a sequências aleatórias de mesma composição. Nossos resultados apontam que é possível selecionar novas sequências artificiais não-similares em temperaturas de seleção mais frias ou mais quentes que a temperatura de seleção nativa e, que as sequências artificiais selecionadas apresentam diferenças apenas quanto ao design de sequências, mas não em relação à afinidade de ligação. É possível concluir que a evolução molecular da interação de dímeros não-obrigatórias pode ser restrita somente pelo design, já que a afinidade deve ser apenas consequência da composição de aminoácidos determinada pelas restrições de enovelamento. Além disso, constata-se a possibilidade de encontrar novas interações proteína-proteína com características iguais ou melhores que as interações existentes na natureza.