Chapter 4: Protein Function

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4.3:

Sítios de Ligação Conservados

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Conserved Binding Sites

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Geralmente, sítios de ligação de ligantes estão localizados dentro de agregados de aminoácidos específicos ou domínios dedicados a um certo tipo de interação. As partes que são cruciais para a função de um domínio, tais como o ligante permanecem inalteradas durante a evolução, porque como uma regra as mutações que eliminam funções vitais são eliminadas pela seleção natural. Por exemplo, muitas proteínas nucleares, incluindo fatores de transcrição, contêm domínios FF que se ligam à RNA polimerase II.Estes domínios retiram seu nome dos dois aminoácidos de fenilalanina que eles contêm em hélices separadas.Estes aminoácidos de fenilalanina, junto com uns poucos outros aminoácidos altamente conservados, formam o núcleo hidrófobos do sítio da ligação. Substituir estes aminoácidos iria interromper a formação desta estrutura específica, portanto, afetar a sua capacidade de ligar à RNA polimerase II os cientistas usam o traço evolucionário para encontrar regiões conservadas dos domínios. Isto é feito comparando o genoma e a sequência de proteínas de domínios semelhantes e identificando os aminoácidos que permanecem inalterados.Análise subsequente destas sequências relacionadas permitem a identificação de clusters formados pelos aminoácidos conservados. Estes dados podem ser usados criar modelos 3D para determinar as formas das proteínas, assim como as estruturas ideais de seus sítios de ligação analisando sequências conservadas 00:01:35.000 00:01:37.610 e estruturas ajudam cientistas a entender relações evolutivas entre proteínas e também permite que eles possam predizer sítios de ligação de novas proteínas contendo clusters comparáveis.

4.3:

Sítios de Ligação Conservados

O papel biológico de muitas proteínas depende das suas interações com os seus ligandos, pequenas moléculas que se ligam a locais específicos da proteína conhecidos como locais de ligação ao ligando. Os locais de ligação ao ligando são muitas vezes conservados entre proteínas homólogas, uma vez que estes locais são críticos para a função proteica.

Os locais de ligação estão muitas vezes localizados em grandes bolsas e, se a sua localização à superfície de uma proteína for desconhecida, pode-se prevê-la através de várias abordagens. O método energético analisa computacionalmente a energia de interação de diferentes resíduos de aminoácidos com o ligando e prevê aqueles em que a energia de ligação é a mínima para poderem ser potenciais locais de ligação. No entanto, a examinação de sequências conservadas é frequentemente utilizada em conjunto com outras metodologias para melhorar ainda mais esta previsão. Os resíduos estruturalmente conservados podem ser utilizados para distinguir entre locais de ligação e superfícies expostas de proteínas. Os aminoácidos Trp, Phe, e Met, são altamente conservados em locais de ligação, não sendo observada tal conservação no caso de superfícies expostas de proteínas.

Várias ferramentas computacionais podem prever locais de ligação usando uma combinação de metodologias de locais de ligação estruturais, energéticos, e conservados. ConCavity é uma ferramenta que pode ser usada para prever em 3D bolsas de ligação a ligandos e resíduos individuais de ligação a ligandos. O algoritmo usado integra diretamente as estimativas de conservação da sequência evolutiva com a previsão baseada em estrutura. Outra ferramenta, MONKEY, é usada para identificar locais de ligação de factores de transcrição conservados em alinhamentos multiespécies. Emprega modelos de especificidade de factores e de evolução de locais de ligação para calcular a probabilidade de os locais putativos serem conservados e atribuir significância estatística a cada previsão.

Suggested Reading

Ma, B., Elkayam, T., Wolfson, H., & Nussinov, R. (2003). Protein–protein interactions: structurally conserved residues distinguish between binding sites and exposed protein surfaces. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(10), 5772-5777.
Tsujikawa, H., Sato, K., Wei, C., Saad, G., Sumikoshi, K., Nakamura,S., … & Shimizu, K. (2016). Development of a protein–ligand-binding site prediction method based on interaction energy and sequence conservation. Journal of structural and functional genomics, 17(2-3), 39-49.
Capra, J. A., Laskowski, R. A., Thornton, J. M., Singh, M., & Funkhouser, T. A. (2009). Predicting protein ligand binding sites by combining evolutionary sequence conservation and 3D structure. PLoS Comput Biol, 5(12), e1000585.
Moses, A. M., Chiang, D. Y., Pollard, D. A., Iyer, V. N., & Eisen, M. B. (2004). MONKEY: identifying conserved transcription-factor binding sites in multiple alignments using a binding site-specific evolutionary model. Genome biology, 5(12), 1-15.