Simulações moleculares da interação da região conservada de cisteínas do ectodomínio da proteína G do hRSV com o receptor celular CX3CR1 do hospedeiro

Abstract

O Vírus Sincicial Respiratório humano (hRSV) é um dos principais causadores de doenças respiratórias agudas como bronquiolite e pneumonia em crianças e idosos. Atualmente, as patologias causadas pelo hRSV não são bem entendidas e as vacinas formuladas não apresenta efetividade e segurança suficientes. A infetividade do vírus está relacionada com suas proteínas de membrana e dentre elas a glicoproteína G ou proteína G, que é responsável pela ligação do vírus à célula epiteliais do trato respiratório do hospedeiro e consequente instalação da infecção. Esta glicoproteína exerce um importante papel como antígeno de reconhecimento, sendo alvo para identificação do RSV através de anticorpos. Há evidências na literatura de que a proteína G interage com um receptor celular, conhecido como CX3CR1, porém não existe informações estruturais experimentais sobre essa interação. O objetivo do trabalho foi caracterizar a interação da região conservada de cisteína do ectodomínio da proteína G com o receptor celular CX3CR1 utilizando ferramentas computacionais. A partir da abordagem de modelagem molecular, modelos estruturais para as quatro isoformas do receptor celular foram calculados, os quais passaram por uma etapa de 300 ns de simulação de dinâmica molecular em bicamada lipídica de POPC para avaliação de suas estabilidades estruturais. Em seguida, cálculos de docking molecular buscaram pela conformação mais provável do peptídeo da região conservada de cisteína da G na interação com a região N-terminal do barril de alfa-hélices do CX3CR1. Por fim, novas simulações de 300 ns reportaram a estabilidade estrutural do modelo proposto para o complexo CX3CR1/peptídeo da G (CX3CR1/G), apontando os resíduos LYS-171, GLY-177, TYR-179, GLN-184 e ARG-272 da proteína como importante para a formação de pontes de hidrogênio com o peptídeo. Os cálculos de PCA e de RMSF mostraram uma comparação entre as formas livres e ligadas, mostrando um maior grau de flexibilidade das regiões N e C-terminais, assim como uma maior flexibilidade das alças entre as hélices α das isoformas doCX3CR1. Os cálculos de energia livre de ligação teórica (MM/PBSA) mostraram que os resíduos ácidos interagem de forma favorável para a ligação e manutenção do peptídeo da G na região do docking, indicando que a isoforma 1 do CX3CR1 é aquela com energia de ligação mais favorável para a interação com o peptídeo da G. As informações estruturais produzidas no presente trabalho podem trazer luz ao mecanismo de interação da proteína G do hRSV com o receptor celular CX3CR1, assim como proporcionar uma caracterização molecular do processo de adesão do vírus à célula do hospedeiro.

Human Respiratory Syncytial Virus (hRSV) is one of the main causes of acute respiratory diseases such as bronchiolitis and pneumonia in children and the elderly. Currently, the pathologies caused by hRSV are not well understood and the formulated vaccines do not present sufficient effectiveness and safety. The infectivity of the virus is related to its membrane proteins and among them the G glycoprotein or G protein, which is responsible for binding the virus to the epithelial cells of the host's respiratory tract and consequent installation of the infection. This glycoprotein plays an important role as a recognition antigen, being a target for RSV identification through antibodies. There is evidence in the literature that the G protein interacts with a cellular receptor, known as CX3CR1, but there is no experimental structural information about this interaction. The objective of this work was to characterize the interaction of the conserved region of cysteine of the ectodomain of the G protein with the cellular receptor CX3CR1 using computational tools. From the molecular modeling approach, structural models for the four cellular receptor isoforms were calculated, which underwent a 300 ns step of molecular dynamics simulation in a POPC lipid bilayer to evaluate their structural stabilities. Then, molecular docking calculations looked for the most likely conformation of the peptide of the conserved region of cysteine of G in the interaction with the N-terminal region of the barrel of alpha-helices of CX3CR1. Finally, new 300 ns simulations reported the structural stability of the proposed model for the CX3CR1/G peptide complex (CX3CR1/G), pointing to residues LYS-171, GLY-177, TYR-179, GLN-184 and ARG- 272 of the protein as important for the formation of hydrogen bonds with the peptide. The PCA and RMSF calculations showed a comparison between the free and bound forms, showing a greater degree of flexibility of the N and C-terminal regions, as well as a greater flexibility of the loops between the α helices of the CX3CR1 isoforms. Theoretical binding free energy (MM/PBSA) calculations showed that acid residues interact favorably for the binding and maintenance of the G peptide in the docking region, indicating that CX3CR1 isoform 1 is the one with the highest binding energy. Favorable for the interaction with the G peptide. The structural information produced in the present work may shed light on the mechanism of interaction of the hRSV G protein with the cell receptor CX3CR1, as well 8 as provide a molecular characterization of the virus adhesion process to the cell of the host.