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Doctoral Thesis
Document
Author
Full name
Raphael Santa Rosa Sayegh
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Arantes, Guilherme Menegon (President)
Almeida, Fabio Ceneviva Lacerda de
Farah, Shaker Chuck
Martínez, Leandro
Title in Portuguese
Flexibilidade conformacional do domínio catalítico da fosfatase Cdc25B
Keywords in Portuguese
Acoplamento dipolar residual
Contatos intramoleculares
Desordem conformacional
Dinâmica molecular
Parâmetros de ordem
Ressonância magnética nuclear
RMN
Simulação computacional
Trajetória do deslocamento químico
Abstract in Portuguese
A fosfatase Cdc25B atua na progressão do ciclo celular através da ativação de complexos Cdk/Ciclina. Atualmente, nos modelos estruturais propostos do domínio catalítico da Cdc25B não estão incluídos os últimos 16 resíduos da região C-terminal. Este segmento tem importante papel no reconhecimento do substrato proteico e pode estar envolvido na complexação de pequenas moléculas com a Cdc25B. Assim, o principal objetivo desta tese foi avaliar a flexibilidade conformacional do domínio catalítico completo da Cdc25B em solução através de simulações computacionais e por medidas experimentais de ressonância magnética nuclear (RMN). A similaridade entre as estruturas cristalográficas e em solução foi confirmada pela previsão de ângulos diedrais φ/ψ da cadeia principal a partir dos deslocamentos químicos (CS) e pela concordância entre os acoplamentos dipolares residuais (RDC) medidos e calculados a partir da geometria cristalina. Medidas de parâmetros de relaxação de 15N e RDC evidenciaram a presença de desordem conformacional na região C-terminal, em acordo com a ausência de densidade eletrônica desse segmento no experimento de difração de raios-X. Através da comparação entre CS experimentais e previstos de simulações de dinâmica molecular (DM) longas (total de 6µs de duração) foram apontados artefatos de cristalização, possíveis erros nos campos de força usados nas simulações, falhas na composição do sistema simulado e estados conformacionais populados pela Cdc25B em solução distintos da geometria cristalográfica. De maneira geral, os CS previstos a partir das simulações para a flutuação estrutural dos resíduos da região C-terminal desordenada estão em acordo com os valores experimentais, sugerindo que os estados conformacionais deste segmento foram razoavelmente bem amostrados nas simulações. Em particular, verificou-se que o contato tipo cátion-π entre as cadeias laterais dos resíduos 550W do C-terminal desordenado e 482R do núcleo proteico, ausente na estrutura cristalográfica, pode ser importante em solução. A formação desse contato na simulação de DM também está de acordo com medidas experimentais de perturbação de deslocamentos químicos (CSP) entre construções completa e truncada do domínio catalítico da Cdc25B. Assim, através do uso conjunto de simulações computacionais e medidas experimentais foi possível obter uma representação mais completa e realista da flexibilidade conformacional do domínio catalítico da Cdc25B em solução, incluindo a determinação de possíveis contatos intramoleculares entre a região C-terminal desordenada e o núcleo proteico. Essas informações poderão ser usadas na construção de um ensemble conformacional da Cdc25B.
Title in English
Conformational flexibility of the catalytic domain of Cdc25B phosphatase
Keywords in English
Chemical shift trajectory
Computer simulation
Conformational disorder
Intramolecular contacts
Molecular dynamics
NMR
Nuclear magnetic resonance
Order parameter
Residual dipolar coupling
Abstract in English
Cdc25B phosphatase acts on the progression of cell cycle through the activation of Cdk/Cyclin complexes. Currently, the proposed structural models of Cdc25B catalytic domain lack the last 16 residues from the C-terminal region. This segment is important for protein substrate recognition and might be involved in small molecule binding to Cdc25B. Thus, the main goal of this thesis was to evaluate the conformational flexibility of the complete catalytic domain from Cdc25B through computer simulations and experimental nuclear magnetic resonance (NMR) measurements. Similarity between crystal and in solution structures was confirmed by the prediction of backbone φ/ψ dihedral angles from chemical shifts (CS) and by the agreement between observed and back-calculated residual dipolar couplings (RDC). 15N relaxation and RDC measurements pointed to the conformational disorder of the C-terminal region, in agreement with the X-ray diffraction experiment where this segment showed no electronic density. Comparison between experimental and predicted CS from long molecular dynamics (MD) simulations (6µs total running time) pointed to the presence of crystallographic artifacts, possible deficiencies in simulation force fields, inaccurate composition of the simulated system and conformational states visited by Cdc25B in solution that were not observed in the crystallographic geometry. Generally, CS predicted from simulations for the structural fluctuation of the disordered C-terminal region were in agreement with experimental values, suggesting that the simulations sampled the conformational states populated by this segment reasonably well. In particular, a cation-π contact not observed in the crystal structure between side chains of residue 550W from the disordered C-terminal tail and residue 482R from the protein core might be important in solution. This contact is also in agreement with experimental chemical shift perturbations (CSP) measured between complete and truncated constructs of Cdc25B catalytic domain. Therefore, the joint use of computer simulations and experimental measurements allowed the achievement of a more complete and realistic representation of the conformational flexibility of the Cdc25B catalytic domain in solution, including intramolecular contacts between the disordered C-terminal region and the protein core. This information might be used to obtain a conformational ensemble of Cdc25B.
 
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Publishing Date
2016-11-16
 
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