Biologia estrutural da FABP4 humana e FABP2 de ostra: um estudo in silico das interações com ácidos graxos, xenobióticos e membrana

Abstract

Os lipídios são moléculas essenciais para os organismos e a família das proteínas de ligação com ácidos graxos (FABP) é uma das principais transportadoras dessas moléculas nas células. Nosso grupo mostrou uma diversidade aumentada de FABP em invertebrados, usando ostras como organismos modelo. Aumento na expressão gênica de FABP2 da ostra do Pacífico Crassostrea gigas foram observados após testes com estressores ambientais, sugerindo um potencial uso dessa proteína como biomarcador de contaminação aquática. O mecanismo molecular pelo qual os lipídios atingem os bolsões de ligação nas FABP ainda não está totalmente claro. Além disso, detalhes acerca da interação entre a proteína e as membranas na função de transporte precisam ser elucidados, até mesmo para os vertebrados. Devido à complexidade envolvida na interação FABP-membrana, FABP-ligante e FABP-proteínas citosólicas, faz-se necessário o uso de ferramentas modernas de biologia estrutural para compreender o processo em nível atômico. Para isso, nesse estudo foram empregadas técnicas de modelagem 3D, docking e dinâmica molecular em FABP2 de C. gigas. Foram encontradas preferências de ligação da proteína com ácido palmítico e com o xenobiótico diclofenaco. O resíduo R112 parece ser chave para a interação. Além disso, foram utilizadas técnicas de dinâmica molecular acelerada em um estudo aprofundado sobre a interação de FABP4 humana com a membrana, cujo modelo está em consonância com resultados experimentais reportados. Nossos resultados mostraram que o resíduo de F28 na hélice II parece ter papel fundamental para o mecanismo de interação com membranas e as mutações nessa posição podem ter efeitos expressivos na dinâmica de ligação. Esses dados podem contribuir para o entendimento dos mecanismos de interação da família das FABPs e para a área da toxicologia em geral, impulsionando o campo com novas abordagens metodológicas.

Abstract: Lipids are essential molecules for living organisms. Fatty acid-binding protein family (FABP) is responsible for one of the main transporters in cells. Our group has shown an enhanced FABP diversity in invertebrates, using oysters as model organisms. The FABP2 gene in Pacific Oyster was up-regulated when environmental stressors were tested, suggesting this protein may be a biomarker candidate. The molecular mechanism of how lipids achieve the binding pockets in FABP remains unclear. Additionally, how the protein interacts with the membranes to lipid transport needs to be clarified even for vertebrates. Due to the complexity involved in FABPmembrane, FABP-ligand, and FABP-cytosolic proteins interactions, the use of modern tools in structural bioinformatics is necessary to elucidate the process at atomic level. In the present study we employed techniques such as molecular modelling, docking and dynamics in a FABP2 from a sentinel organism, mapping preferences for binding with palmitic acid and diclofenac. The R112 was a key residue for these interactions. Furthermore, the accelerated molecular dynamics approach was also used in an in-depth study on human FABP4 ligand and membrane binding. All presented models were in line with reported experimental data. Our data showed that the F28 residue at helix II seems to play a fundamental role in the interaction mechanism with membranes and the mutations at this position may have expressive effects on the dynamic binding. These data may contribute to the understand of FABP family interaction mechanisms, and to the toxicological area in general, boosting the field with new methodological approaches.