Modelamiento matemático de la interacción entre péptidos señuelos penetrantes tipo TIR (BBP'S) y receptores tipo Toll TLR4

Abstract

Los receptores TLR4, participantes de la respuesta innata inmune, son capaces de reconocer patrones exógenos altamente conservados, además de otros ligandos de carácter endógeno. Dicho reconocimiento repercute en la formación del homodímero de TLR4, lo cual da inicio a una cadena de señalización celular que finaliza en la expresión de citoquinas pro-inflamatorias e interferones que inducen la síntesis de prostaglandinas, potentes mediadores pro-inflamatorios. Su producción sobre los niveles normales es un factor común en enfermedades autoinmunes tales como sepsis y artritis reumatoide cuyo tratamiento actual en base a drogas antiinflamatorias trae efectos secundarios perjudiciales en su uso prolongado.

Estudios previos han identificado que los loops BB, secuencias ubicadas entre la hélice alpha-B y la lámina beta-B presentes tanto en el receptor TLR4 como en las proteínas adaptadoras MyD88, TRAM y MAL, son fundamentales en la formación de los complejos proteicos necesarios para la vía de señalización celular. El diseño de péptidos bloqueadores en base a estas secuencias ha sido presentado en la literatura como un mecanismo inocuo e innovador para el tratamiento de este tipo de patologías.

En el presente trabajo se identifican los sitios de acoplamiento y el tipo de interacciones proteína-ligando generadas entre el homodímero de TLR4 y diferentes péptidos de bloqueo basados en los \loops BB mediante el uso de programas de acoplamiento y dinámica molecular, estableciendo paralelamente su energía libre a través de la metodología MM-PBSA para determinar su factibilidad termodinámica. Los resultados obtenidos señalan que los péptidos estudiados establecen interacciones de elevada permanencia con los sitios de unión del homodímero descritos para las proteínas MAL y TRAM, pudiendo ser calificados como pepMAL > pepTRAM > pepTLR4 > pepMyD88. Específicamente, si bien todos establecen contactos hidrofóbicos con los loops BB del homodímero con diferentes tiempos de permanencia, pepMAL y pepTRAM presentan un comportamiento más estable producto de la formación de puentes de hidrógeno, puentes salinos e interacciones catión-pi adicionales de carácter estable con otras regiones del homodímero, destacándose la participación del aminoácido E24 perteneciente a la hélice alpha-A de la cadena A. En lo que respecta a sus valores absolutos, la energía libre de unión de los complejos proteína-ligando presentan errores asociados principalmente a la extensión insuficiente de las simulaciones de dinámica molecular y la estimación de la variación de entropía y variación de energía libre de solvatación del sistema. Sin embargo, sus diferencias relativas son consistentes con el estudio de interacciones realizado, asignándole a dicha metodología una labor netamente de comparación de factibilidad termodinámica.

Los péptidos de bloqueo lograron representar en gran medida los contactos reportados para las proteínas MAL y TRAM en estudios de acoplamiento y pruebas experimentales. Sin embargo, la jerarquización realizada en este trabajo presenta discrepancias con respecto a la evidencia experimental reportada en los estudios de Toshchakov y cols., lo cual es atribuible a tiempos insuficientes de simulación en la etapa de dinámica molecular y las diferencias de carácter puntual que existen en las secuencias que definen los péptidos. Según esto, este trabajo introduce nueva evidencia acerca del tipo de interacciones y regiones del homodímero involucradas en el efecto inhibitorio que ejercen estos péptidos.

De esta manera, se establece como conclusión que la metodología aplicada logra establecer resultados confiables acerca del efecto inhibitorio de dichos péptidos de bloqueo, pudiendo proceder a etapas posteriores de búsqueda computacional de otros estados conformacionales y pruebas de carácter experimental. Específicamente, este trabajo sienta un precedente importante en la integración exitosa de varias herramientas de modelamiento molecular que puede ser aplicada en el estudio de otros sistemas bioquímicos, destacándose la influencia de otros dominios en las vías de señalización.