Determinantes estructurales y dinámicos de las funciones del Citocromo c

• Autores: Oviedo Rouco, Santiago
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Murgida, Daniel Horacio
• Materia: CITOCROMO C; HEMOPROTEINAS; DINAMICA PROTEICA; TRANSFERENCIA ELECTRONICA; APOPTOSIS; PROTEINA MULTIFUNCIONAL; ESPECTROSCOPIA RAMAN; RAMAN RESONANTE; SERR; BIOELECTROQUIMICA; VOLTAMETRIA CICLICA; MONOCAPAS AUTOENSAMBLADAS; CAMPO ELECTRICO; CYTOCHROME C; HEMEPROTEIN; PROTEIN DYNAMICS; ELECTRON TRANSFER; APOPTOSIS; MOONLIGHTING PROTEIN; RAMAN SPECTROSCOPY; RESONANT RAMAN; SERR; BIOELECTROCHEMISTRY; CYCLIC VOLTAMMETRY; SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS; ELECTRIC FIELD
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En las últimas décadas la visión estática que da origen al paradigma estructura-función de las proteínas se ha demostrado insuficiente, cobrando la dinámica proteica una importancia fundamental para comprender el funcionamiento de estas macromoléculas. En esta tesis doctoral presentamos un estudio del rol de la estructura y dinámica proteicas en el balance de las distintas funciones de la hemoproteína multifuncional Citocromo c. Las dos funciones principales del Citocromo c son las de transportar electrones en la cadena respiratoria mitocondrial y la de actuar como factor pro-apoptótico durante los primeros pasos de la muerte celular programada. A fin de identificar los determinantes estructurales y dinámicos de estas funciones alternativas emprendimos un estudio in vitro espectroscópico, electroquímico y computacional de diferentes variantes de Citocromo c. En primer lugar, abordamos el estudio de un cambio conformacional inducido por pH que constituye un proceso modelo de la ganancia de la función pro-apóptotica del Citocromo c. Presentamos un estudio exhaustivo del mecanismo de este proceso, así como del efecto que ejerce el estrés nitro oxidativo sobre su dinámica. En segundo lugar, estudiamos los efectos de perturbaciones estructurales sutiles sobre la dinámica proteica y sus implicancias tanto en la función de transporte de electrones como en la accesibilidad a la función pro-apóptica. Encontramos por primera vez que existen correlaciones cruzadas entre parámetros cinéticos y termodinámicos correspondientes a una y otra función. Finalmente, estudiamos el rol regulatorio del campo eléctrico local sobre el balance de las distintas funciones proteicas. En conjunto, los resultados obtenidos muestran que la dinámica proteica regula finamente el balance entre las distintas conformaciones (y funciones) del Citocromo c. Sugieren además que estímulos provenientes del entorno celular, como un aumento del estrés nitro oxidativo o cambios en el potencial transmembrana, alterarían sutilmente la dinámica proteica y por lo tanto el balance de funciones del Citocromo c.
Over the last decades, the structure-function point of view, dominant on protein science, has been proven incomplete as we get better understanding every day of the crucial role that protein dynamics play into function. In this thesis work we studied the role of protein structure and dynamics related to the different biological functions of the multifunctional hemeprotein Cytochrome c. The two main functions of this protein in the cell are to act as an electron shuttle in the respiratory chain and to act as a pro-apoptotic factor in the early stages of the programmed cell death. To identify the key structural and dynamic features associated to the different functions, we performed spectroscopical and electrochemical in vitro experiments of several variants of Cytochrome c and molecular dynamic simulations as well. First, we studied a pH-induced conformational change of Cytochrome c as a model system for the gain of pro-apoptotic function. Here we present a comprehensive study of the mechanism of this conformational change and of the effect of highly nitro-oxidative environments on it. Second, we studied how some subtle structural perturbations modify the protein dynamics and its implications on the different functions of the protein. We found evidence, for the very first time, that suggest the existence of a crossed correlation between parameters associated to both functions of Cytochrome c. Lastly, we investigated the role that local electric fields might play in the balance of the different protein functions. Altogether, our findings show that protein dynamics fine tune the balance of the different conformations and functions of Cytochrome c. Moreover, we find that some cell environment stimuli, such as the increase of the nitro-oxidative stress or the decrease of the transmembrane potential modify the protein dynamics and therefore the balance of the functions of Cytochrome c.
Fil: Oviedo Rouco, Santiago. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.