Estudo da estrutura e função de péptidos contendo novas, α,α-dialquilglicinas utilizando métodos de modelação e simulação estrutural

Abstract

A resistência aos antibióticos está a tornar-se um dos problemas mais importantes para a saúde humana. A Alameticina e o Peptaibolin são peptaibols com atividade antibiótica cujos mecanismos de ação são mediados pela interação com a membrana celular dos organismos patogénicos. Estes peptaibols podem constituir uma alternativa aos antibióticos convencionais. A interação destes péptidos com uma membrana provoca uma alteração da sua permeabilidade que leva à morte celular devido ao choque osmótico e vazamento de material intracelular. Os peptaibols são uma família de peptídeos caracterizada por serem de cadeia curta (≤ 20 resíduos), terem um grupo álcool no C-terminal e elevados níveis de aminoácidos não naturais, principalmente o ácido α-aminoisobutírico (AIB), ácido isovalérico (Iva) e o imino ácido hidroxiprolina (Hyp). O presente trabalho investigou as propriedades de estrutura/função de novos aminoácidos dissubstituídos não naturais (α,α-dialquilglicinas) à semelhança do AIB, tais como: DEG (α,α-dietilglicina), DIB (α,α-diisobutilglicina) e DHG (α,α-dihexilglicina), entre outros. Estes aminoácidos são capazes de promover melhorias na estrutura/atividade dos peptaibols e, por isso, foram usados para modelar novos análogos da Alameticina e do Peptaibolin, através da substituição das posições ocupadas por resíduos de AIB por uma nova α,α-dialquilglicina. As novas α,α-dialquilglicinas podem desempenhar um papel importante, uma vez que podem atuar com indutores conformacionais capazes de constranger a estrutura secundária dos péptidos para uma forma helicoidal, devido à dupla substituição no Cα por grupos alquilos. Em resumo, as hipóteses de trabalho desenvolvidas na presente investigação são as seguintes: 1) Os novos aminoácidos são capazes de originar análogos da Alameticina e do Peptaibolin com maior helicidade e mais constrangidos que os péptidos nativos? 2) A inserção de novos aminoácidos na Alameticina em membrana é termodinamicamente favorável? 3) Qual é o aminoácido não natural que promove uma inserção mais efetiva do Peptaibolin em membranas? 4) Tendo em conta o efeito estrutural e termodinâmico de cada novo aminoácido, quais são os análogos ideais da Alameticina e do Peptaibolin com maior capacidade de inserção na membrana? As respostas a estas perguntas irão fornecer conhecimentos fundamentais sobre o uso de uma nova coleção de aminoácidos não naturais na construção de péptidos/proteínas com atividade terapêutica.

Antibiotic resistance is becoming one of the most important problems for human health. Alamethicin and Peptaibolin are peptaibols with antibiotic activity. Their mechanism of action is mediated by the interaction with the cell membrane of pathogens. These peptaibols can be an alternative to conventional antibiotics. The interaction of these peptides with a membrane causes a change in its permeability that leads to cell death due to osmotic shock and leakage of intracellular material. Peptaibols are a family of peptides characterized by short-chain (≤ 20 residues), with an alcohol group at C-terminal and high levels of unnatural amino acids, especially α-aminoisobutiric acid (AIB), isovaleric acid (Iva) and imino acid hydroxyproline (Hyp). This study investigated the properties of structure/function of new unnatural disubstituted amino acids (α,α-dialkyl glycines) like AIB, such as DEG (α,α-diethyl glycine), DIB (α,α-di-isobutyl glycine) and DHG (α,α-dihexyl glycine) among others. These amino acids are able to improve the structure/activity properties of peptaibols. Therefore, these unnatural amino acids were used to model new analogues of Alamethicin and Peptaibolin by replacing the AIB positions by a new α,α-dialkyl glycine. The new α,α-dialkyl glycines can play an important structural role in peptides, because they can constrain their secondary structure into a helical shape, due to the presence of the double substitution at the Cα by alkyl groups. In short, the working hypotheses developed in this research are the following: 1) the new amino acids are able to generate analogues with higher helicity and more constrained than the native peptides Alamethicin and Peptaibolin? 2) The insertion of new amino acids into Alamethicin in the membrane is thermodynamically favorable? 3) What is the unnatural amino acid that promotes a more effective insertion of the Peptaibolin analogues into membranes? 4) Considering the structural and thermodynamic effects of each new amino acid observed so far, which are the ideal Alamethicin and Peptaibolin sequence more capable of insertion into the membrane? The answers to these questions will provide fundamental knowledge about the use of a new collection of unnatural amino acids in the construction of future peptides/proteins with therapeutic activity.