Exploring the relationships between structural dynamics and thermodynamic stability: the case of Frataxin

VAZQUEZ DS; ARÁN MARTÍN; ROMAN EA ; AGUDELO WA; SANTOS J; FARAJ SEJ; GONZALEZ LEBRERO MC; GALLO M

Congreso; SECOND CONFERENCE OF BIOPHYSICS OF URUGUAY; 2018

La posibilidad de manipular la actividad biológica de las proteínas a través de modulaciones sutiles en las estabilidades locales y de la dinámica, abre puertas para el diseño de drogas específicas. Así como también parecería ser viable la estabilización específica de variantes naturales desestabilizadas presentes en un número importante de enfermedades, entre ellas en la Ataxia de Friedreich (FRDA), una enfermedad cardio-neurodegeneratíva causada por alteraciones en la expresión de la frataxina (FXN), una proteína esencial en la homeostasis del hierro. Nuestro laboratorio busca comprender las relaciones entre la estabilidad y la dinámica estructural de esta proteína. Nos preguntamos cómo se relacionan estos aspectos con la actividad biológica, incluyendo la interacción con iones metálicos y el control de procesos celulares. En este contexto, analizamos mutantes racionalmente diseñadas y variantes naturales asociadas a FRDA, entre ellas hFXN90-210L198R, hFXN90-1951 y hFXN56-2101. Exploramos mediante experimentos biofísicos de CD, fluorescencia, dispersión luminosa, NMR y difracción de rayos-X, en conjunto con técnicas de cálculo computacional, alteraciones de las movilidades de distintas regiones de la cadena polipeptídica, cambios en las estabilidades locales y cambios en la estabilidad global. Los resultados indican una correlación entre cambios en la estabilidad global producidos por la modificación de la región C-terminal (CTR) con cambios en la dinámica, en particular de la región N-terminal: hélice1 (H1) y loop1, asociada con la función biológica de la hFXN. Proponemos que el CTR tiene un rol importante no solo confiriendo la estabilidad termodinámica a la hFXN sino modulando la movilidad de la cadena polipeptídica. También estudiamos la interacción ión metálico-proteína en modelos peptídicos de la H1 y en la variante pFXN3, proveniente de un organismo psicrófilo considerando el efecto sobre la dinámica y la conformación proteica. Proponemos la existencia de sitios de unión sobre la superficie de la FXN con capacidad regulatoria de la dinámica estructural.