CuT-REMD : uma nova abordagem para predição de estruturas terciárias de proteínas baseada em raio de corte incremental

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Paes, Thiago Lipinski
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul; Faculdade de Informática; Brasil; PUCRS; Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
• Palavras-chave em Português: Replica Exchange Molecular Dynamics; Raio de Corte Incremental; Predição de Estruturas de Proteínas; Amostragem; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/7635

Dentre os principais métodos computacionais aplicados atualmente ao estudo de proteínas, a dinâmica molecular clássica realiza importante papel, especialmente sua variação intitulada Replica Exchange Molecular Dynamics ou REMD, a qual provê amostragem conformacional eficiente. Elementos de Estruturas Secundárias (EES) regulares de proteínas são formados e mantidos através de estabilização por ligações de hidrogênio dentro de hélices e entre fitas de uma folha . O empacotamento desses elementos estruturais, permitido por voltas e laços flexíveis conectando-os, leva à formação de uma estrutura que, nos casos bem sucedidos, representa o estado nativo, funcional de uma proteína. Interações iônicas, dipolo-dipolo, de van der Waals e hidrofóbicas, além de ligações de hidrogênio, são fundamentais para esses eventos. A maioria dessas forças é mais forte até uma distância de 4,0 Å. Assim, essas (de 0,0 Å a 4,0 Å) são as distâncias envolvidas na formação de estruturas locais, que podem ainda se propagar e formar elementos inteiros de estrutura secundária. A prática comum ao se executar simulações por DM é, no entanto, manter um raio de corte fixo em valores maiores ou iguais a 8,0 Å. Esta tese apresenta o método CuTREMD, uma nova abordagem de REMD com base em raio de corte incremental (variando de 4,0 Å a 8,0 Å) testando a hipótese de que tal abordagem pode otimizar a predição de estruturas terciárias de proteínas. Primeiramente, foi utilizada a proteína villin headpiece humana (código PDB 1UNC), como estudo de caso, e nove diferentes protocolos de simulação foram testados, todos em triplicata. Posteriormente, com base nos resultados obtidos, um protocolo-padrão foi escolhido como protocolo CuT-REMD, e um conjunto de nove proteínas adicionais foi testado, sendo os resultados comparados com o método REMD convencional. A utilização de raio de corte incremental provou-se uma abordagem eficaz para melhorar a qualidade e velocidade das predições de estruturas de proteínas via REMD. Aplicando o método ao conjunto teste de proteínas, embora de tamanho limitado, CuT-REMD mostrou bom desempenho em relação aos métodos ab initio, colocando-se na grande maioria das vezes ou como o melhor método de predição ou com resultados próximos aos melhores métodos. Isso possibilitou compará-lo também com métodos de novo e, embora com mais dificuldade, CuT-REMD manteve bom desempenho, inclusive superando certos servidores em todas as ocasiões. Os resultados obtidos, em suma, mostram-se encorajadores, com o surgimento de novos questionamentos a serem abordados futuramente.