Identificação de interfaces de interação de dimerização de receptores nucleares da ostra-do-pacífico por dinâmica molecular

Abstract

Os ecossistemas aquáticos são altamente impactados por atividades antrópicas, incluindo o despejo compostos xenobióticos como desreguladores endócrinos que alteram negativamente funções fisiológicas dos animais aquáticos. Assim, faz-se necessário identificar novos biomarcadores de poluição ambiental como os receptores nucleares (NR), uma superfamília de proteínas que regula vias metabólicas como o metabolismo de xenobióticos. Os NR são universais em metazoários e compartilham uma estrutura conservada, contendo um domínio de ligação ao DNA (DBD) e outro de ligação ao ligante (LBD), cruciais para suas atividades genômicas, bem como regiões menos conservadas. Quando ativados pelos ligantes, estes receptores iniciam o processo de dimerização que pode ser homo ou heterodimérico. A formação de dímeros é mediada pelo LBD, porém há pouca informação sobre quais interações são responsáveis para a manutenção deste processo, principalmente em espécies aquáticas. Assim, o objetivo deste trabalho foi identificar resíduos aminoacídicos e interfaces de interação ativas em dímeros de NR envolvidos em vias metabólicas essenciais para Homo sapiens e Magallana gigas. O receptor X retinoide (RXR) e seus parceiros de dimerização foram escolhidos como objeto de estudo, visto que este receptor é parceiro da maioria dos demais NR, formando um hub de dímeros diversos. Para isso, foram utilizados programas como AlphaFold 3 para modelagem tridimensional e análises de dinâmica molecular coarse-grained para identificar contatos entre receptores, além de atracamento e filogenia molecular para investigar e caracterizar o subgrupo MgNR1P identificado nas sequências. Foi possível simular e identificar interfaces de interação em cinco sistemas de dímeros entre RXR e parceiros de dimerização (PPAR, RAR e NR1P10), sendo dois controles positivos de H. sapiens contendo os domínios conservados, região da alça e moléculas de DNA, além de três sistemas de dímeros de M. gigas contendo os domínios conservados e região da alça. Os resultados apontam para a presença de interfaces conhecidas entre os LBD, além de interfaces inéditas entre os domínios conservados e maior relevância para interações entre DBD. A análise filogenética de NR de M. gigas posicionou o subgrupo NR1P como clado monofilético. Ainda, foi possível identificar uma nova disposição de ³-hélices em seu LBD e a presença de um motivo conservado que possa ter relação com este achado. Ademais, identificamos possíveis ligantes de alta afinidade com os NR de MgNR1P como ácido retinoico e ácido araquidônico. Por fim, recomenda-se a inclusão dos sistemas de dímeros aqui estudados em ensaios de ecotoxicologia e metodologias de hibridização para averiguar o efeito de contaminantes no comportamento destes sistemas e para validar os dímeros e interfaces aqui reportados.

Abstract: Aquatic ecosystems are highly impacted by anthropic activities, such as dumping of xenobitioc compounds including endocrine disruptors which negatively affect physiological functions of aquatic animals. Thus, it is essential to find new biomarker molecules, such as nuclear receptors (NR) which are a protein superfamily involved in the regulation of various metabolic pathways. NR are ubiquitous in metazoans and share a conserved structure, comprising a DNA binding domain (DBD) and a ligand binding domain (LBD), indispensable for their genomic functions, as well as less conserved regions. When activated by a ligand, these receptors begin the dimerization process, which can be homo or heterodimeric. Dimer formation is mainly mediated by the LBD, although limited information about which interactions are responsible for this process is available, especially in aquatic species. Therefore, the main objective of this study was to identify active aminoacidic residues and interaction interfaces of NR dimers involved in essential metabolic pathways for Homo sapiens and Magallana gigas. The retinoid X receptor (RXR) and its dimerization partners were chosen as the subject of this study due to RXR being the main partner of most NR, creating a hub of different dimers. To achieve this goal, programs such as AlphaFold 3 were used for tridimensional modeling and coarse-grainde molecular dynamics analyses were employed to identify contacts between receptors. Additionally, molecular docking and phylogeny were conducted to assess and characterize the MgNR1P subgroup identified in the sequences. Five RXR and partner receptors (PPAR, RAR and NR1P10) dimer systems were simulated with identified interaction interfaces. Two systems were comprised of H. sapiens NR with both conserved domains, hinge region e DNA molecules, and three systems were comprised of M. gigas dimers containing the conserved domains and hinge region. The results point to the presence of known interaction interfaces among LBD, as well as novel interfaces between the conserved domains, especially the DBD. Phylogenetic analysis of M. gigas NR positioned the NR1P subgroup in a monophylectic clade. Additionally, a new alpha-helix disposition on the NR1P LBD was identified, together with a conserved motif which may be associated with this finding. Furthermore, possible ligands for the NR1P subgroup were identified, such as retinoic acid and arachdonic acid. Finally, we recommend the inclusion of the dimers systems presented here in ecotoxicological assays and hibridization experiments to assess the effect of contaminants in the behaviour of these systems and to validate the dimers and interfaces reported in this study.