Computational insights in the substrate-recognition mechanism of the ancestral nodes of the peroxiredoxin protein family

ALDANA GOMEZ; BELEN CABRAL; ALAN WOODLEY; AGUSTIN ORMAZABAL; YOSUKE HOSHINO; ERIC A. GAUCHER; DIEGO S. VAZQUEZ

Jornada; Foro de Estudiantes en Biofísica; 2023

Biophysical Society

Las peroxirredoxinas (Prx) son una familia de enzimas ampliamente conservadas capaces de reducir especies reactivas del oxígeno (ROS) y nitrógeno (RNS) y estan involucradas en múltiples vías de señalización celular. Su función es dependiente de, al menos, una cisteína absolutamente conservada denominada peroxidatica (CP) contenida en el motivo primario PXXX(T/S)XXCP. La reacción del sustrato con el tiolato de CP para dar el derivado sulfenato de CP es el primer paso en común del ciclo catalitico. Algunas subfamilias de Prx poseen además una segunda cisteína denominada resolutiva (CR), la cual forma un enlace disulfuro inter o intramolecular con CP. Esto último trae como consecuencia la existencia de diversos estados oligoméricos desde monómeros hasta dodecámeros obligados y por ende diferencias en los mecanismos catalíticos. La diversificación evolutiva de las Prxs, tanto a nivel funcional como estructural, abre el interrogante sobre cómo evolucionaron estas enzimas y las caracteristicas bioquímicas de los nodos ancestrales. Para abordar estos interrogantes estudiaremos la bioquímica y biofísica de los nodos ancestral de las Prxs mediante reconstrucción de secuencias ancestrales (ASR).A partir de secuencias curadas de Prxs modernas, mediante ASR se obtuvieron los principales nodos ancestrales que dieron origen a cada subfamilia asi como el que le dio origen a todas ellas. En el presente trabajo haremos foco en cinco de ellos. A partir de dichas secuencias, se modelaron las estructuras tridimensionales utilizando el algoritmo de inteligencia artificial Alphafold. Los mejores modelos, seleccionados mediante parámetros estructurales, fueron utilizados como coordenadas iniciales para los estudios de dinámica molecular clasica con todos los átomos del sistema explícitos. Para ellos utilizamos el paquete de cálculo AMBER18 y el módulo ccptraj se utilizó para el análisis de componentes principales y superficie accesible al solvente. Además, se realizó un análisis de cavidades y transporte de dos de los sustratos más relevantes de las Prxs: peróxido de hidrógeno y peroxinitrito.Resultados preliminares sugieren que las cavidades del sitio activo correspondientes a los nodos ancestrales presentan longitudes pequeñas en comparación a las Prxs modernas, mostrando que para dichos sustratos, tanto la entrada como salida de dichos ligandos son favorecidos energéticamente en los nodos ancestrales.