Recent NMR techniques applied to protein-ligand interactions and metabonomics

Abstract

Durante as últimas décadas, muitos métodos de RMN de H foram desenvolvidos e aplicados para triagem e caracterização de interações intermoleculares e para a metabonômica. Estes são temas recentes da RMN e ambos serão abordados em dois capítulos distintos neste trabalho. No Capítulo 1 foi realizada a implantação e otimização de técnicas de RMN como (STD, WaterLOGSY, NOE pumping e DOSY-NOESY). Para tanto, utilizou-se um sistema composto por albumina de soro bovino BSA e uma mistura de cinco compostos (ác. salicílico, cafeína, ác. cítrico, ác. adipico e D-glucose) dentre os quais, apenas o ácido salicílico e a cafeína interagiram com a BSA. Além disso, uma análise comparativa entre as técnicas permitiu afirmar que os experimentos de STD e WaterLOGSY são os mais sensíveis e rápidos fornecendo complementarmente o domínio hidrofóbico e hidrofílico de ligação com o ligante. Com intuito de confirmar nossa habilidade na aplicação destas técnicas, as mesmas foram aplicadas a um sistema composto por uma Chaperone Hsp70, substratos (ATP e ADP) e um polipeptíteo Angiotensina 2 (Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe). A análise desse sistema por WaterLOGSY e a comparação com os resultados obtidos por STD permitiu a obtenção do epitopo 1 o qual é formado pela porção adenosina do A TP ou ADP quando estes estão complexados a Hsp70 e do epitopo 2 formado pela porção hidrofóbica da Angiotensina 2 (Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe) que interage com a Hsp70. Já no Capitulo 2, a RMN de H foi aplicada na investigação da metabonômica do liquido cerebroespinal de pacientes com Esclerose Múltipla (EM). A análise dos dados de RMN através de métodos quimiométricos (HCA, PCA e PLS-DA) revelou alguns metabólitos importantes, dentre os quais o b-hidroxibutirato (1,17 ppm) e um sinal de proteína (0,065 ppm) foram detectados apenas em amostras EM podendo ser considerados marcadores de reações bioquímicas de degradação de mielina. Portanto, este estudo alcançou com êxito os objetivos traçados de implementar novas técnicas de RMN aplicadas a sistemas biológicos além de trazer novas informações sobre a Hsp70 e EMOver the past years H NMR methods have been developed and applied to the screening and characterization of protein epitopes in ligand receptor complexes and metabonomics. These are recent NMR methods issues of the present PhD thesis. To investigate proteinligand complexes we first optimized techniques that were unavailable at IQ/UNICAMP such as STD, WaterLOGSY, NOE pumping and DOSY-NOESY which were specially designed for epitope mapping. In order to optimized these techniques we employed a mixture of five compounds (salicilic ac., caffeine, citric ac., adipic ac. and D-glucose) and bovine serum albumine (BSA). Among the studied ligands salicilic acid and caffeine were the best. From these experiments we additionally concluded that STD and WaterLOGSY were most sensitive and appropriate for epitope mapping. A second system was investigated consisting of Chaperone Hsp70, cofactor (ATP and ADP) and polypeptide Angiotensine 2 (Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe). Epitope I was characterized as containing a lipophylic domain in which the adenosine portion of ATP or ADP was bound to Hsp70. Epitope 2 was the polypeptide-binding site in which the apoIar portion of Angiotensine 2 (Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe) was tightly bound to Hsp70. In chapter 2, H NMR was the major tool employed to investigate the metabonomics of CSF of Multiple Sclerosis patients. Analyses of the H NMR data applying quimiometric methods (HCA, PCA and PLS-DA) revealed that some metabolites, from which b-hydroxybutirate (1,17 ppm) and a protein signal (0,065 ppm) were detected in EM patients only. These signals were never described as EM biomarkers before. To match these observations a full set of lipolytic and proteolytic biochemical reactions were proposed which are responsible for myelin degradation. Therefore, in this study we describe the successful implementation of these new NMR techniques that were applied to biological systems revealing new aspects of the Hsp70 and M