Estudio de Dinámica Molecular con Solvente Implícito de la Influencia de la Interfase de Interacción entre los Dominios de la Proteína FtsZ en la Estabilidad y Plegamiento

Abstract

FtsZ es una proteína bacteriana esencial en el proceso de división celular. Se localiza en la membrana interna de la célula generando un anillo en la mitad de su eje longitudinal, donde actúa como una proteína de andamiaje reclutando a las demás proteínas del mecanismo de división. Esta estructura denominada “anillo Z” esta compuesta de polímeros de FtsZ, los cuales son capaces de interactuar lateralmente generando sabanas o dobles filamentos. La polimerización se produce por la unión de GTP al monómero de FtsZ. Dentro del filamento, FtsZ adquiere actividad GTPásica, y tras la hidrólisis del GTP el filamento de FtsZ se desestabiliza y desensambla. Los cambios estructurales producidos tras la hidrólisis del GTP pueden explicarse al analizar la estructura de FtsZ, que esta compuesta por dos dominios, el amino que contiene el sitio de unión a nucleótido del tipo Rossman y el carboxilo que presenta un plegamiento de tipo α/β. Ambos interactúan estrechamente por medio de una interfase hidrofóbica generada entre las sabanas plisadas de ambos dominios y la helice H7, la que se encuentra entre ambos dominios. Esta interfase no solo tiene relevancia funcional en el mecanismo de polimerización, sino que también juega un rol estabilizador entre los dominios de FtsZ. Mientras que dominios de una FtsZ de Thermotoga maritima son estables en forma independiente, los dominios de FtsZ de Escherichia coli solo muestran estructura secundaria en presencia de agentes estabilizantes. Con el fin de estudiar la influencia de esta interfase de interacción en la estabilidad de los dominios de FtsZ, se llevaron a cabo simulaciones de dinámica molecular con un método de solvatación implícita. La utilización de este método nos permitió efectuar simulaciones en condiciones nativas y desnaturantes (alta temperatura) de una proteína FtsZ termófila (Methanococcus jannaschii) y una mesófila (Pseudomonas aeruginosa) para las cuales existen estructuras cristalinas disponibles. Las simulaciones mostraron que en condiciones nativas ambas proteínas son estables, sin embargo el dominio de unión a nucleótido de la proteína mesófila muestra una menor estabilidad que el dominio de la proteína termófila. Las diferencias se localizan en las zonas aledañas al lazo T3, involucrado en la unión del nucleótido. La forma general del desplegamiento de la proteína mesófila y termófila es muy similar, observándose solo diferencias en la rapidez con la cual se pierde estructura secundaria, siendo más estable la proteína termófila. Sin embargo, cálculos de estabilidad de los núcleos hidrófobos de la interfase y los dominios, no mostraron diferencias significativas entre los dominios aislados y las proteínas nativas. Los únicos cambios significativos se logran al comparar las estabilidades del dominio carboxilo con el dominio amino, donde este último muestra una mayor estabilidad. En conjunto, los resultados sugieren una relación entre la estabilización de los dominios por medio de la interfase de interacción y la unión del nucleótido con el mecanismo de cambio conformacional de FtsZ.