Estructuras, simetrías y paisajes energéticos en la familia de proteínas con repeticiones de Ankirina - Parra, Rodrigo Gonzalo (2016)
Las proteínas repetitivas están compuestas por repeticiones en tándem de motivos estructurales. Estas unidades interaccionan entre sí de forma tal que coalescen en arquitecturas deltipo solenoidal o toroidal. Por su simplicidad topológica constituyen modelos útiles para elestudio del plegado de proteínas. Esta tesis se centra en el estudio de los miembros de lafamilia de proteínas con repeticiones de Ankirina (ANKs) que contienen entre 3 y 34 copiasde un motivo de 33 residuos de largo. Siendo principalmente descriptas como mediadoras deinteracciones proteína-proteína, las ANKs poseen una versatilidad para el reconocimiento deotras moléculas comparable a la de los anticuerpos. A pesar de su simplicidad estructural,las proteínas repetitivas presentan varios desafíos inherentes a su no globularidad. Las repeticionespueden ser muy degeneradas en sus secuencias dificultando la deteccióon y definiciónde límites entre ellas, siendo este un problema aún no resuelto en este campo de estudio. Dado que las estructuras están mucho más conservadas que las secuencias, hemos desarrolladoun método, llamado \\Teselado proteico" capaz de detectar repeticiones estructurales deforma objetiva, rigurosa y eficiente. Dicho algoritmo es independiente de la secuencia de lasmoléculas analizadas y es además generalizable a todos los tipos de proteínas repetitivas. Suaplicación a distintas clases de proteínas nos permitió caracterizar sus periodicidades y espectrode simetrías. Hemos aplicado nuestro algoritmo a todos los miembros de la familia ANK. Haciendo uso de nociones de la teoría de paisajes energéticos y con la hipótesis de que lasrepeticiones constituyen unidades de plegado, fuimos capaces de definir el largo y la fase delas repeticiones en todos los casos. Este estudio representa el primer caso reportado en queuna estrategia de anotación de las unidades repetitivas consistente es aplicada a lo largo detoda una familia, lo cual permite realizar análisis comparativos al nivel de las repeticiones individuales. Los análisis subsiguientes muestran que las repeticiones ANKs pueden clasificarseen 3 tipos diferentes que corresponden a las repeticiones ubicadas en la región N-terminal,interna o C-terminal. Cada tipo de repetición muestra patrones de conservación en secuencia y en su energía de plegado específicos de su tipo. Pudimos observar además que los niveles deconservación de la secuencia y de la energía de plegado se encuentran correlacionados de formalineal y positiva, lo cual indica que aquellas secuencias parecidas al consenso que se obtiene apartir del alineamiento múltiple de secuencias son más plegables que aquellas que se alejan delmismo. Existe una red de interacciones conservadas y energéticamente favorables en todas lasrepeticiones internas de las ANKs que conectan aquellos residuos más conservados en secuenciay que por tanto constituyen un núcleo de estabilidad estructural de las mismas. Al analizar encambio todos los elementos que no forman parte de la estructura canónica de las repeticiones (inserciones y deleciones), las regiones cercanas a las mismas, se encuentran enriquecidas eninteracciones frustradas, es decir, son desfavorables para el plegado de las mismas. Lo anteriorsugiere que la presencia de inserciones y deleciones indica adaptaciones funcionales delas proteínas en que se encuentran. Este enriquecimiento de interacciones frustradas se observatambién en los sitios de interacción con otras proteínas. Finalmente hemos estudiado ladinámica de plegado de estas moléculas usando métodos basados en estructura. Hemos caracterizadolos mecanismos de plegado de varios miembros de la familia ANK y relacionando losmismos con los patrones energéticos previamente descriptos a partir de los estados nativos. Nuestros resultados ofrecen nuevas perspectivas acerca del funcionamiento de las proteínasde la familia ANK y pueden ser de gran utilidad para aquellos interesados en el dise~no deeste tipo de moléculas para diferentes fines y el entendimiento biofísico de estas moléculas enforma general.