dsRNA-protein interactions studied by molecular dynamics techniques. Unravelling dsRNA recognition by DCL1

Double stranded RNA (dsRNA) participates in several biological processes, where RNA molecules acquire secondary structure inside the cell through base complementarity. The double stranded RNA binding domain (dsRBD) is one of the main protein folds that is able to recognize and bind to dsRNA regions. The N-terminal dsRBD of DCL1 in Arabidopsis thaliana (DCL1-1), in contrast to other studied dsRBDs, lacks a stable structure, behaving as an intrinsically disordered protein. DCL1-1 does however recognize dsRNA by acquiring a canonical fold in the presence of its substrate. Here we present a detailed modeling and molecular dynamics study of dsRNA recognition by DCL1-1. We found that DCL1-1 forms stable complexes with different RNAs and we characterized the residues involved in binding. Although the domain shows a binding loop substantially shorter than other homologs, it can still interact with the dsRNA and results in bending of the dsRNA A-type helix. Furthermore, we found that R8, a non-conserved residue located in the first dsRNA binding region, recognizes preferentially mismatched base pairs. We discuss our findings in the context of the function of DCL1-1 within the microRNA processing complex.Fil: Drusin, Salvador Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; ArgentinaFil: Suarez, Irina Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rasia, Rodolfo Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Química Biológica. Área Biofísica; ArgentinaFil: Moreno, Diego Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física. Area Inorganica; Argentin

The key role of electrostatic interactions in the induced folding in RNA recognition by DCL1-A

The intrinsically disordered protein domain DCL1-A is the first report of a complete double stranded RNA binding domain folding upon binding. DCL1-A recognizes the dsRNA by acquiring a well-folded structure after engagement with its interaction partner. Despite the structural characterization of the interaction complex underlying the recognition of dsRNA has been established, the dynamics of disorder-to-order transitions in the binding process remains elusive. Here we have developed a coarse-grained structure-based model with consideration of electrostatic interactions to explore the mechanism of the coupled folding and binding. Our approach led to remarkable agreements with both experimental and theoretical results. We quantified the global binding-folding landscape, which indicates a synergistic binding induced folding mechanism. We further investigated the effect of electrostatic interactions in this coupled folding and binding process. It reveals that non-native electrostatic interactions dominate the initial stage of the recognition. Our results help improve our understanding of the induced folding of the IDP DCL1-A upon binding to dsRNA. Such methods developed here can be applied for further explorations of the dynamics of coupled folding and binding systems.Fil: Zhao, Lingci. Jilin University; República de China. Chinese Academy of Sciences; República de ChinaFil: Suarez, Irina Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rasia, Rodolfo Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Wang, Jin. Jilin University; República de China. Chinese Academy of Sciences; República de Chin

Structural basis for ligand recognition in a mushroom lectin: Solvent structure as specificity predictor

Lectins are able to recognize specific carbohydrate structures through their carbohydrate recognition domain (CRD). The lectin from the mushroom Agaricus bisporus (ABL) has the remarkable ability of selectively recognizing the TF-antigen, composed of Galβ1-3GalNAc, Ser/Thr linked to proteins, specifically exposed in neoplastic tissues. Strikingly, the recently solved crystal structure of tetrameric ABL in the presence of TF-antigen and other carbohydrates showed that each monomer has two CRDs, each being able to bind specifically to different monosaccharides that differ only in the configuration of a single hydroxyl, like N-acetyl-d-galactosamine (GalNAc) and N-acetyl-d-glucosamine (GlcNAc). Understanding how lectin CRDs bind and discriminate mono and/or (poly)-saccharides is an important issue in glycobiology, with potential impact in the design of better and selective lectin inhibitors with potential therapeutic properties. In this work, and based on the unusual monosaccharide epimeric specificity of the ABL CRDs, we have performed molecular dynamics simulations of the natural (crystallographic) and inverted (changing GalNAc for GlcNAc and vice-versa) ABL-monosaccharide complexes in order to understand the selective ligand recognition properties of each CRD. We also performed a detailed analysis of the CRD local solvent structure, using previously developed methodology, and related it with the recognition mechanism. Our results provide a detailed picture of each ABL CRD specificity, allowing a better understanding of the carbohydrate selective recognition process in this particular lectin. © 2011 Published by Elsevier Ltd.Fil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Di Lella, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Monaco, Hugo. Universita di Verona; ItaliaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Protein Topology Determines Cysteine Oxidation Fate: The Case of Sulfenyl Amide Formation among Protein Families

Cysteine residues have a rich chemistry and play a critical role in the catalytic activity of a plethora of enzymes. However, cysteines are susceptible to oxidation by Reactive Oxygen and Nitrogen Species, leading to a loss of their catalytic function. Therefore, cysteine oxidation is emerging as a relevant physiological regulatory mechanism. Formation of a cyclic sulfenyl amide residue at the active site of redox-regulated proteins has been proposed as a protection mechanism against irreversible oxidation as the sulfenyl amide intermediate has been identified in several proteins. However, how and why only some specific cysteine residues in particular proteins react to form this intermediate is still unknown. In the present work using in-silico based tools, we have identified a constrained conformation that accelerates sulfenyl amide formation. By means of combined MD and QM/MM calculation we show that this conformation positions the NH backbone towards the sulfenic acid and promotes the reaction to yield the sulfenyl amide intermediate, in one step with the concomitant release of a water molecule. Moreover, in a large subset of the proteins we found a conserved beta sheet-loop-helix motif, which is present across different protein folds, that is key for sulfenyl amide production as it promotes the previous formation of sulfenic acid. For catalytic activity, in several cases, proteins need the Cysteine to be in the cysteinate form, i.e. a low pKa Cys. We found that the conserved motif stabilizes the cysteinate by hydrogen bonding to several NH backbone moieties. As cysteinate is also more reactive toward ROS we propose that the sheet-loop-helix motif and the constraint conformation have been selected by evolution for proteins that need a reactive Cys protected from irreversible oxidation. Our results also highlight how fold conservation can be correlated to redox chemistry regulation of protein function.Fil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Lanzarotti, Esteban Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Carbohydrate-binding proteins: dissecting ligand structures through solvent environment occupancy

Formation of protein ligand complexes is a fundamental phenomenon in biochemistry. During the process, significant solvent reorganization is produced along the contact surface and many water molecules strongly bound to the protein's ligand binding site must be displaced. Both the thermodynamics and kinetics of this process are complex and a clear understanding at the microscopic level has been not achieved so far. Special attention has been paid to the structure of water molecules on carbohydrate recognition sites of various proteins, and many studies support the idea that displacement of these water molecules should have a crucial effect on the binding free energy. Molecular dynamics (MD) simulations in explicit water solvent is a very promising approach for this type of studies. Using MD simulations combined with statistical mechanics analysis, thermodynamic properties of these water molecules can be computed and analyzed in a comparative view. Using this idea, we developed a set of analysis tools to link solvation with ligand binding in a key carbohydrate binding protein, human galectin-1 (hGal-1). Specifically, we defined water sites (WS) in terms of the thermodynamic properties of water molecules strongly bound to protein surfaces. In the present work, we selected a group of proteins whose ligand bound complexes have been already structurally characterized in order to extend the analysis of the role of the surface associated water molecules in the ligand binding and recognition process. The selected proteins are concanavalin-A (Con-A), galectin-3 (Gal-3), cyclophilin-A (Cyp-A), and two modules CBM40 and CBM32 of the multimodular bacterial sialidase. Our results show that the probability of finding water molecules inside the WS, p(V), with respect to the bulk density is directly correlated to the likeliness of finding an hydroxyl group of the ligand in the protein-ligand complex. This information can be used to analyze in detail the solvation structure of the carbohydrate recognition domain (CRD) and its relation to the possible protein ligand complexes and suggests addition of OH-containing functional groups to displace water from high p(V) WS to enhance drugs, specially glycomimetic-drugs, protein affinity, and/or specificity.Fil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Di Lella, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Guardia, Carlos Manuel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin

An integrated computational analysis of the structure, dynamics, and ligand binding interactions of the human galectin network

Galectins, a family of evolutionarily conserved animal lectins, have been shown to modulate signaling processes leading to inflammation, apoptosis, immunoregulation, and angiogenesis through their ability to interact with poly-N-acetyllactosamine-enriched glycoconjugates. To date 16 human galectin carbohydrate recognition domains have been established by sequence analysis and found to be expressed in several tissues. Given the divergent functions of these lectins, it is of vital importance to understand common and differential features in order to search for specific inhibitors of individual members of the human galectin family. In this work we performed an integrated computational analysis of all individual members of the human galectin family. In the first place, we have built homology-based models for galectin-4 and -12 N-terminus, placental protein 13 (PP13) and PP13-like protein for which no experimental structural information is available. We have then performed classical molecular dynamics simulations of the whole 15 members family in free and ligand-bound states to analyze protein and protein–ligand interaction dynamics. Our results show that all galectins adopt the same fold, and the carbohydrate recognition domains are very similar with structural differences located in specific loops. These differences are reflected in the dynamics characteristics, where mobility differences translate into entropy values which significantly influence their ligand affinity. Thus, ligand selectivity appears to be modulated by subtle differences in the monosaccharide binding sites. Taken together, our results may contribute to the understanding, at a molecular level, of the structural and dynamical determinants that distinguish individual human galectins.Fil: Guardia, Carlos Manuel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Di Lella, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Rabinovich, Gabriel Adrián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Using crystallographic water properties for the analysis and prediction of lectin-carbohydrate complex structures

Understanding protein-ligand interactions is a fundamental question in basic biochemistry, and the role played by the solvent along this process is not yet fully understood. This fact is particularly relevant in lectins, proteins that mediate a large variety of biological processes through the recognition of specific carbohydrates. In the present work, we have thoroughly analyzed a nonredundant and well-curated set of lectin structures looking for a potential relationship between the structural water properties in the apo-structures and the corresponding protein-ligand complex structures. Our results show that solvent structure adjacent to the binding sites mimics the ligand oxygen structural framework in the resulting protein-ligand complex, allowing us to develop a predictive method using a Naive Bayes classifier. We also show how these properties can be used to improve docking predictions of lectin-carbohydrate complex structures in terms of both accuracy and precision, thus developing a solid strategy for the rational design of glycomimetic drugs. Overall our results not only contribute to the understanding of protein-ligand complexes, but also underscore the role of the water solvent in the ligand recognition process. Finally, we discuss our findings in the context of lectin specificity and ligand recognition properties.Fil: Modenutti, Carlos Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Radusky, Leandro Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Blanco, J.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Hajos, Silvia Elvira. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Solvent structure improves docking prediction in lectin-carbohydrate complexes

Recognition and complex formation between proteins and carbohydrates is a key issue in many important biological processes. Determination of the three-dimensional structure of such complexes is thus most relevant, but particularly challenging because of their usually low binding affinity. In silico docking methods have a long-standing tradition in predicting protein-ligand complexes, and allow a potentially fast exploration of a number of possible protein-carbohydrate complex structures. However, determining which of these predicted complexes represents the correct structure is not always straightforward.In this work, we present a modification of the scoring function provided by AutoDock4, a widely used docking software, on the basis of analysis of the solvent structure adjacent to the protein surface, as derived from molecular dynamics simulations, that allows the definition and characterization of regions with higher water occupancy than the bulk solvent, called water sites. They mimic the interaction held between the carbohydrate-OH groups and the protein. We used this information for an improved docking method in relation to its capacity to correctly predict the protein-carbohydrate complexes for a number of tested proteins, whose ligands range in size from mono-to tetrasaccharide. Our results show that the presented method significantly improves the docking predictions. The resulting solvent-structure-biased docking protocol, therefore, appears as a powerful tool for the design and optimization of development of glycomimetic drugs, while providing new insights into protein-carbohydrate interactions. Moreover, the achieved improvement also underscores the relevance of the solvent structure to the protein carbohydrate recognition process.Fil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Petruk, Ariel Alcides. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Modenutti, Carlos Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Blanco Capurro, Juan Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Di Lella, Santiago. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Conformational sampling of the intrinsically disordered dsRBD-1 domain from: Arabidopsis thaliana DCL1

DCL1 is the ribonuclease that carries out miRNA biogenesis in plants. Substrate pri-miRNA recognition by DCL1 requires two double stranded RNA binding domains located at the C-terminus of the protein. We have previously shown that the first of these domains, DCL1-A, is intrinsically disordered and folds upon binding pri-miRNA. Integrating NMR and SAXS data, we study here the conformational landscape of free DCL1-A through an ensemble description. Our results reveal that secondary structure elements, corresponding to the folded form of the protein, are transiently populated in the unbound state. The conformation of one of the dsRNA binding regions in the free protein shows that, at a local level, RNA recognition proceeds through a conformational selection mechanism. We further explored the stability of the preformed structural elements via temperature and urea destabilization. The C-terminal helix is halfway on the folding pathway in free DCL1-A, constituting a potential nucleation site for the final folding of the protein. In contrast, the N-terminal helix adopts stable non-native structures that could hinder the correct folding of the protein in the absence of RNA. This description of the unfolded form allows us to understand details of the mechanism of binding-induced folding of the protein.Fil: Suarez, Irina Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Hails, Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Mascali, Florencia Carla. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Crespo, Roberta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Zhao, Lingzi. Jilin University; ChinaFil: Wang, Jin. Jilin University; ChinaFil: Rasia, Rodolfo Maximiliano. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Química Biológica. Área Biofísica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

WATCLUST: a tool for improving the design of drugs based on protein-water interactions

Motivation: Water molecules are key players for protein folding and function. On the protein surface, water is not placed randomly, but display instead a particular structure evidenced by the presence of specific water sites (WS). These WS can be derived and characterized using explicit water Molecular Dynamics simulations, providing useful information for ligand binding prediction and design. Here we present WATCLUST, a WS determination and analysis tool running on the VMD platform. The tool also allows direct transfer of the WS information to Autodock program to perform biased docking. Availability and implementation: The WATCLUST plugin and documentation are freely available at http://sbg.qb.fcen.uba.ar/watclust/.Fil: Lopez, Elias Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Arcon, Juan Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Petruk, Ariel Alcides. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Modenutti, Carlos Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Dumas, Victoria Gisel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin