Potenciales basados en topología para el estudio de las transiciones de plegamiento y agregación de proteínas

Resumen

Una de las características más importantes de las proteínas es que, en condiciones fisiológicas, adquieren una estructura tridimensional compacta que determina su función biológica. Al proceso mediante el cual se pasa de un estado desordenado (desnaturalizado) a la estructura funcional (estado nativo) se le llama proceso de plegamiento. En los últimos años se han realizado esfuerzos para tener un mejor entendimiento de la superficie de energía potencial del proceso. Un hecho que parece aceptado es que esta superficie tiene forma de embudo, de manera que el plegamiento está dirigido hacia la adquisición del estado nativo, debido a que las interacciones que intervienen no entran en conflicto unas con otras, sino que cooperan entre sí. Una consecuencia inmediata de esta superficie de energía en forma de embudo es que la estructura del estado nativo determina la superficie de energía libre del sistema y, por lo tanto, el mecanismo de plegamiento. En este trabajo de Tesis Doctoral hemos estudiado la validez de esta hipótesis. Para ello, hemos llevado a cabo simulaciones moleculares utilizando un potencial de interacción basado en la topología del estado nativo. Dichas simulaciones se han realizado mediante el método de Monte Carlo combinado con la técnica del parallel tempering. En primer lugar hemos llevado a cabo un estudio metodológico de este tipo de potenciales, viendo cuáles son las implicaciones en la termodinámica del plegamiento de los distintos parámetros, tales como la definición del mapa de contactos que determina las interacciones que se tienen en cuenta en el potencial (topología del estado nativo) y la anchura del potencial, que tiene una influencia directa sobre la aparición de una barrera de energía libre en el plegamiento. Una vez que hemos encontrado los parámetros más adecuados para el potencial, hemos pasado a utilizarlo para estudiar el papel de las interacciones de largo y corto alcance. Por un lado, hemos modificado la intensidad relativa de dichas interacciones de manera artificial y, por otro, hemos analizado varias proteínas con diferentes proporciones de estos tipos de interacciones. Este estudio nos ha llevado a dos conclusiones importantes: para que la transición de plegamiento sea coopeativa debe existir un equilibrio entre los dos tipos de interacciones y este equilibrio debe ser intrínseco a la estructura. Como este potencial permite reproducir las características termodinámicas del plegamiento, hemos comprobado cómo fluyen éstas en el proceso de agregación. Para ello, hemos llevado a cabo simulaciones de sistemas de varias cadenas y hemos comprobado que la presencia de una barrera de energía libre a lo largo del plegamiento es un mecanismo importante de prevención del proceso de agregación. Sin embargo, dadas sus características, el potencial utilizado hasta ahora es insuficiente para estudiar el proceso de agregación, por lo que hemos modificado para comprobar cómo unas interacciones de tipo más genérico dan lugar a una mayor tendencia a la agregación.