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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.95.2019.tde-12092019-114851
Documento
Autor
Nome completo
Juan Enrique Faya Castillo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Oliveira, Paulo Sérgio Lopes de (Presidente)
Benedetti, Celso Eduardo
Giuliatti, Silvana
Schechtman, Deborah
Título em português
Análise  estrutural de sítios de fosforilação em proteína
Palavras-chave em português
α-hélice
Biologia computacional
Consenso linear de fosforilação
Ferramentas de biologia computacional
Fosforilação
Proteínas Quinases (Pks)
Resumo em português
A fosforilação de proteínas realizada pelas Proteínas-Quinases (PKs) é uma das modificações pós-transducional mais comuns envolvidas em muitos processos fisiológicos e patológicos. Um dos passos mais importantes na reação catalítica das PKs com o substrato é o posicionamento correto do resíduo alvo (serina, treonina ou tirosina), o sítio-P, no sítio ativo. Este processo é mediado por regiões encontradas no sítio de ligação do substrato, uma fenda pouco profunda que tem sub-bolsões críticos especialmente formados para ancorar aminoácidos distantes do sítio-P do substrato, aqui denominados âncoras. Nesse contexto, um mecanismo tem sido constantemente descrito e aceito como essencial para a coordenação de quinases e proteína-substrato o chamado consenso linear de fosforilação, isto é, aminoácidos conservados em posições específicas na estrutura primária da proteína ao redor do sítio-P (P-2 e P-3), que ajudam a ancorar a proteína-substrato nas PKs. Neste trabalho, foi testada e corroborada a hipótese de que, para que os aminoácidos nas posições P-2 ou P-3 cumpram um papel de âncoras lineares e o sítio de fosforilação seja fosforilado, mudanças estruturais locais devem ocorrer antes da fosforilação. Para essa avaliação, utilizando substratos de Quinases (PKA e PKC), foi constatado que as α-hélice são um bom alvo de estudo por apresentarem sítios P com maior disposição para a fosforilação do que outras estruturas secundárias dentro de nosso conjunto de dados. Para confirmar que neste tipo de estrutura secundária, relativamente rígida e bem definida espacialmente, ocorrem rearranjos estruturais pré-fosforilação, foram usadas ferramentas de biologia computacional estrutural como modelagem por homologia, dinâmicas Coarse Grained e All Atom, e Docking Molecular. Os resultados revelam que os rearranjos conformacionais que permitem que P-2 e P-3 sejam possíveis âncoras são mais ou menos substanciais dependendo da posição do sítio P dentro da α-hélice. Se o sítio P se encontrar na região N-terminal (nas duas primeiras voltas ou perto delas), α-hélice não sofrerá mudanças conformacionais substanciais, diferente de quando ele se encontra em outra posição dentro da α-hélice. Neste trabalho buscamos entender como pré-eventos de processos de modificação pós-traducional são dependentes da estrutura local de proteínas, e como esses eventos podem levar a alterações temporárias nestas estruturas, contribuindo para aprofundar os conhecimentos gerais na área de fosforilação.
Título em inglês
Structural analises of phosphorilations sites in proteins.
Palavras-chave em inglês
α-helice
Computational biology
Computational biology tools
Linear consensus of phosphorylation
Phosphorylation
Protein Kinases (Pks)
Resumo em inglês
Protein phosphorylation performed by Protein Kinases (PKs) is one of the most common post-translational modifications involved in many physiological and pathological processes. One of the most important steps in the catalytic reaction of the PKs with the substrate is the correct positioning of the target residue (serine, threonine or tyrosine), the P-site, in the active site. This process is mediated by regions found at the substrate binding site, a shallow slit having critical sub-pockets specially formed to anchor amino acids distant from the P-site of the substrate, herein referred to as anchors. In this context, a mechanism has been constantly described and accepted as essential for the coordination of kinases and protein-substrate, so-called linear consensus of phosphorylation, that are amino acids conserved at specific positions in the primary structure of the protein around the P-site (P -2 and P-3), which help anchoring protein-substrate in PKs. In this work, we tested and corroborated the hypothesis that, for those amino acids at the P-2 or P-3 positions to play a role as linear anchors allowing the phosphorylation site to be phosphorylated, local structural changes must occur prior to phosphorylation. For this evaluation, using kinases (PKA and PKC) substrates, it was found that α-helices are a good target of study because they present P-sites with more disposition for phosphorylation than other secondary structures within our data set. To confirm that in this secondary structure, which is relatively rigid and spatially defined, structural pre-phosphorylation rearrangements do occur, we used structural computational biology tools such as homology modeling, Coarse Grained and All Atom dynamics, and Molecular Docking. Results show that the conformational rearrangements that allow P-2 and P-3 to be possible anchors are more or less substantial depending on the position of the P-site within the α-helix. If the P-site is in the N-terminal region (or near the first two turns), the α-helix will not undergo substantial conformational changes, unlike when it is found in other positions within the α-helix. In this work we aimed to understand how pre-events of post-translational modification processes are dependent on the local structure of proteins, and how these events may lead to temporary changes in these structures, contributing to deepen general knowledge in the field of phosphorylation.
 
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Data de Publicação
2019-12-03
 
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