Estudio termodinámico y estructural del motivo de unión a ADN de HESX-1 relación estabilidad-función en homeodominios

Resumen

Las homeoproteínas son factores de transcripción que están presentes en todos los eucariotas y juegan papeles clave en la diferenciación celular durante el desarrollo. De hecho, mutaciones en genes que codifican homeodominios dan lugar a varias enfermedades hereditarias en humanos. El homeodominio consiste en un motivo de unión a ADN de 60 residuos, compuesto por regiones N- y C-terminal desordenadas y tres hélices ¿. Estos rasgos estructurales, junto con la alta carga neta del polipéptido, determinan una estabilidad típicamente baja, propiedad compartida con otras proteínas de unión a ADN. En cambio, los homeodominios suelen presentar una elevada afinidad de unión a ADN. Desde el punto de vista del reconocimiento molecular, el proceso de asociación es específico de secuencia y representa un ejemplo del mecanismo de "ajuste inducido". De este modo, se ha observado que las regiones desordenadas de la proteína se estructuran durante la formación del complejo, lo que subraya la relevancia de la flexibilidad de la proteína en el proceso. En esta tesis hemos investigado la relación entre estabilidad y unión a ADN en el homeodominio de HESX-1 humano. La información de secuencias disponible para los homeodominios revela que los puentes salinos conectando los pares 19-30, 31-42, y 17-52 son frecuentes, mientras que residuos alifáticos en estas posiciones son inusuales y fundamentalmente restringidos a proteínas de homeotermos. Partiendo de estos datos, hemos analizado la influencia que puentes salinos o hidrófobos en esas posiciones tienen en la estabilidad y propiedades de unión a ADN del homeodominio de HESX-1 humano. Por lo que respecta a la estabilidad de la proteína, nuestro análisis muestra que se prefieren claramente cadenas laterales hidrófobas en las posiciones 19-30 y 31-42. Esta influencia estabilizante resulta del empaquetamiento más favorable que establecen las cadenas laterales alifáticas con el núcleo hidrófobo de la proteína, como queda ilustrado por la estructura tridimensional en disolución de una variante termoestable, descrita en esta tesis. En cambio, en las posiciones 17-52 sólo parecen tolerarse cadenas laterales polares. Curiosamente, a pesar de la significativa influencia de los pares 19-30 y 31-42 en la estabilidad del homeodominio, su efecto en la unión a ADN es modesto o incluso despreciable. En otras palabras, este análisis revela una interesante ausencia de correlación entre la energía de unión y la estabilidad conformacional del homeodominio. Estudios previos muestran que el ajuste inducido de las regiones desordenadas de la proteína juega un papel clave en el proceso de reconocimiento molecular. Por el contrario, de acuerdo con nuestros datos, el potencial ajuste del núcleo estructurado de la proteína parece tener una baja influencia en la estabilidad del complejo. Estas características podrían permitir una modulación independiente de estabilidad y unión a ADN por parte de la evolución.