Explorando las bases moleculares de la simetría del homodímero de la proteína de unión a β-galactósidos Galectina-1

ROMERO, JUAN MANUEL; ESTRIN, DARIO; RABINOVICH, GABRIEL; DI LELLA, SANTIAGO

Ciudad Autónoma de Buenos Aires

Congreso; XL reunión anual de la Sociedad Argentina de Biofísica; 2011

Sociedad Argentina de Biofísica

Las galectinas son una subfamilia de proteínas de unión a carbohidratos, que presentan un dominio conservado con afinidad por residuos beta-galactosidos. Están involucradas en procesos cruciales de diferenciación y comunicación celular. En particular, Galectina-1 es un dominio codificado por un solo gen, habiéndose demostrado que su concentración en condiciones fisiológicas favorece su existencia en forma homodimérica. A pesar de que la simetría es en general la regla en homodímeros, una asimetría temporal entre dos subunidades químicamente idénticas puede dar lugar a diferencias estructurales y dinámicas importantes. Cada monómero de Galectina-1 está formado por una cadena de 134 aminoácidos. Su estructura secundaria y terciaria muestra dos láminas beta, de seis y cinco hebras cada una, que presentan en una región una muesca que presenta aminoácidos involucrados directamente en la unión del ligando, como ser Histidina 44, Arginina 48, Asparagina 46, Histidina 52, Triptofano 68 y Glutámico 71. Otra región del monómero está involucrada en la interacción con otra subunidad para establecer el equilibrio de dimerización, a través de interacciones de enlace de puente hidrógeno e interacciones hidrofóbicas. Existe evidencia teórica y experimental que Galectina-1 muestra un incremento en su entropía conformacional como consecuencia de su unión a ligando, a la vez que disminuye su afinidad por carbohidratos en el otro monómero. En este trabajo, hemos empleado simulaciones de dinámica molecular y simulaciones de dinámica molecular guiadas basadas en la ecuación de Jarzyinski para proveer detalles moleculares de las diferencias estructurales entre los monómeros de homodímero. En un análisis subsecuente, se estudiaron las redes de interacciones por enlaces de puente de hidrógeno y se ha realizado un estudio de los modos esenciales de cada monómero, de modo de mostrar cómo se afecta cada subunidad por la presencia del ligando. Posteriormente, se estudió el efecto del estado de protonación de las histidinas presentes en cada monómero, de modo de establecer el efecto diferencial de la disrupción de la red de enlaces de puentes de hidrógeno en cada subunidad. Se muestra cómo la asimetría temporal de la región de dimerización se traduce en diferencias dinámicas y estructurales en cada monómero, a través de una compleja red de enlaces de puente de hidrógeno. Aún más, mostramos cómo estas diferencias pueden explicar la diferente afinidad que cada monómero muestra por su ligando. En conjunto, estos resultados muestran cómo la dinámica estructural de Galectina-1 modula su función. Las implicancias bioquímicas de esta modulación serán también presentadas.