A molecular dynamics study of glycogenin autoglucosylation mechanism

SOLEDAD BAZÁN, MARCOS VILLARREAL, JUAN A. CURTINO

Congreso; XLIV Reunión Anual de la Sociedad Argentina de Investigación en Bioquímica y Biología Molecular; 2008

La biosíntesis de novo del glucógeno comienza con la autoglucosilación de glucogenina. Esta enzima es una glucosiltransferasa que en presencia de Mn+2 y Uridin difosfo-glucosa es capaz de incorporar hasta 11 glucosas en unión alfa 1-4  a su tirosina 194. Recientemente hemos descripto, mediante experimentos in vitro, que tanto el dímero como el monómero de glucogenina son capaces de autoglucosilarse. Dos mecanismos catalíticos han sido propuestos para glicosiltransferasas del grupo GT-A que actúan reteniendo la configuración anomérica del azúcar donor, como glucogenina (ver cuadros A y B). El primero ocurre mediante una doble sustitución nucleofílica (cuadro A, esquema 1). En el caso de glucogenina, la primer reacción sería la de transferencia del azúcar desde UDP-glucosa al aminoácido aceptor aspártico 162. La distancia cristalográfica entre el carbono anomérico de glucosa, unido a UDP-glucosa, y éste aminoácido es de 7 Å considerando que la reacción ocurre en forma intramonomérica y de 31 Å considerando una reacción intermonomérica (ver figura 1). En el mecanismo SN2 el segundo desplazamiento ocurre con la transferencia inmediata del azúcar al aceptor último; en el caso de glucogenina éste sería la tirosina 194 o el hidroxilo del carbono 4 de la cadena glucosídica creciente. La distancia cristalográfica entre la tirosina 194 y el ácido aspártico 162 es de 27 Å para una reacción intramonomérica y de 22 Å para una reacción intermonomérica (ver figura 2). El segundo mecanismo propuesto (SNi) ocurre por un único ataque nucleofílico frontal (ver cuadro B, esquema 2). En éste, el nucleófilo (la tirosina 194 o la glucosa aceptora) se aproximaría al carbono anomérico de la glucosa en la misma orientación que posee el grupo saliente (UDP), desplazándolo. Considerar éste mecanismo involucra el evaluar la distancia cristalográfica entre el hidroxilo de la tirosina 194 y el carbono anomérico de glucosa unida al azúcar donor, que es de 16 Å para el dímero y de 20 Å para el monómero. Todas las distancias mencionadas son lo suficientemente grandes como para que ninguno de los mecanismos propuestos pueda ser considerado de no mediar movimientos moleculares que los permitan. Es por ello que decidimos realizar un experimento in silico, una simulación de dinámica molecular (ver procedimiento), para estudiar la dinámica de la glucogenina.  De la trayectoria obtenida, se evaluó la evolución con el tiempo de las distancias anteriormente descriptas, a fin de evaluar cual de los mecanismos catalíticos propuestos se ve favorecido.