O que aprendemos com a modelagem e a dinâmica da enzima IDUA?

     A IDUA (alpha-L-Iduronidase) é um membro das glicosil hidrolases envolvida no catabolismo de glicosaminoglicanos (GAGs), principalmente sulfato de heparan e sulfato de dermatan. Mutações nesta enzima são responsáveis pela mucopolissacaridose do tipo I (MPS I), uma doença de depósito lisossômico com herança autossômica recessiva. Diferentes mutações podem gerar fenótipos mais graves ou mais brandos, o que gera grande interesse na determinação e no estudo da estrutura desta enzima. No entanto, a falta de moldes com alta identidade e dificuldades técnicas no processo de determinação experimental da enzima humana desafiaram bioinformatas e cristalógrafos por vários anos, até a recente publicação da primeira estrutura cristalográfica da IDUA (PDB: 4JXP, Figura 1). Até então, apenas dois modelos haviam sido publicados e o nosso grupo trabalhava na comparação de três novos modelos, obtidos com diferentes metodologias e ranqueados com base em diferentes parâmetros. Com a publicação do cristal foi possível comparar diretamente estes modelos com o dado experimental, além de verificar quais métodos de avaliação estavam nos direcionando para o modelo "mais correto".

Figura 1. Estrutura da enzima IDUA (a) obtida por cristalografia raios X (PDB: 4JXP), enfatizando o domínio catalítico (b). Figura publicada no artigo "Insights into mucopolysaccharidosis I from the structure and action of α-L-iduronidase", Nature Chemical Biology 9, 739–745 (2013). 

     Resumindo nossos resultados, confirmamos que erros no alinhamento entre a sequência molde e a sequencia alvo continuam sendo o principal gargalo para a modelagem por homologia, a despeito do software de modelagem utilizado. Também observamos que medidas estereoquímicas (como o diagrama de Ramachandran), se não forem combinadas com outras ferramentas, são incapazes de detectar alguns erros importantes dos modelo. Além de fazer uso combinado de ferramentas como Procheck, ModFOLD e Verify 3D, nós observamos que a análise da manutenção das estruturas secundárias durante simulações de dinâmica molecular (50 ns) fornece dados importantes sobre a qualidade dos modelos. Neste trabalho, o modelo que melhor se aproximou da estrutura cristalográfica (partindo de um molde com apenas 22% de homologia) foi justamente aquele que apresentou os melhores resultados no conjunto das avaliações realizadas, mas não necessariamente o primeiro do ranking em cada um das avaliações individuais.   

Até o dia 19 de Dezembro o artigo "Lessons from molecular modeling human α-l-iduronidase", Journal of Molecular Graphics and Modelling (2014), pode ser conferido gratuitamente utilizando-se este link. Depois desta data, será possível acessar o artigo no site da revista.

Post de Dinler Amaral Antunes

Complimentary Postdoctoral Research Associate at the Kavraki Lab.

Department of Computer Science - Rice University (Houston, TX).