Estudo conformacional do complexo proteico DDB2-DDB1 e suas diferentes variantes mutantes na doença Xeroderma pigmentosum

Abstract

Uma das dificuldades no entendimento da doença Xeroderma Pigmentosum (XP) é a falta de dados estruturais das proteínas XPA até XPG, cuja inatividade ou disfunção levam ao seu desenvolvimento. Nesse sentido, a proteína DDB2, produto do gene XPE, atua no reconhecimento de danos ao DNA, nos primeiros passos da via de Reparo por Excisão de Nucleotídeos, a principal via molecular afetada na doença. Da mesma forma, pacientes com desregulação em DDB2 possuem uma das maiores incidências de câncer de pele dentre os subtipos de XP, tornando seu entendimento importante para as ciências biomédicas. Atualmente, DDB2 é a única proteína XP cuja estrutura tridimensional está 90% elucidada, contudo, pouco de sabe sobre seu comportamento molecular e como as mutações encontradas em pacientes com XP afetam seu funcionamento e sua ligação com a proteína DDB1, sua principal parceira molecular. Sendo assim, esta tese de doutorado tem como objetivo caracterizar o comportamento molecular de DDB2 e as variantes mutantes R273H, L350P e K244E, assim como DDB2 complexada com DDB1 e como as diferentes mutações afetam o complexo DDB2-DDB1. Para tanto, análises por dinâmica molecular e redes dinâmicas foram empregadas para cada sistema selvagem e mutante. Os dados revelaram que todas as variantes mutantes apresentam um aumento de rigidez em DDB2. Adicionalmente, uma região específica, resíduos 354 até 371, mostrou-se fortemente afetada nos mutantes e parece ter conexão com seu estado conformacional. Quando complexada, todos mutantes de DDB2 geraram uma proteína mais rígida. A mutação L350P alterou a interação entre DDB2 e DDB1, originando uma interação mais fraca. A mutação R273H, assim como a L350P, alterou o domínio de ligação ao DNA de DDB2, e este mesmo domínio pareceu ser instável comparado à forma selvagem. A mutação K244E mostrou uma alteração de ligação entre o domínio de ligação do DNA de DDB2 e DDB1, indicando um complexo com perda de função de reconhecimento. Sendo assim, os dados forneceram informações críticas para o entendimento de como as mutações vistas em XP, tipo E, afetam DDB2 e seu complexo com DDB1.

A major challenge in the understanding of the Xeroderma Pigmentosum (XP) disease is the lack of structural data of XPA to XPG proteins, whose inactivity or dysfunction, lead to XP. In this sense, the DDB2 protein acts in the DNA-damage recognition, on the first steps of the Nucleotide Excision Repair pathway, the main molecular pathway affects in XP. Patients with impairments in DDB2 protein have one of the highest incidences of skin cancer among the XP subtypes, making its understanding an important matter in the biomedical field. Nowadays, DDB2 is the only XP protein which its tridimensional structure is 90% elucidated; however, little is known about how the mutations found in the DDB2 protein affect its binding proprieties to with protein DDB1 in XP patients. This work aims to characterize the molecular dynamics of wild-type DDB2 and the XP variants R273H, L350P and K244E. In addition, the dynamic of WT- and mutantassociated DDB2-DDB1 complex was performed. For this purpose, molecular dynamics and dynamic networks were employed for each WT and mutant DDB2, alone and complexed with DDB1. The data revealed that the all mutated variants show an increase in structural rigidity in DDB2. Additionally, a specific region, residues 354 to 371, was altered in the mutants and appears to be linked to the DDB2 conformational state. When complexed, all DDB2 mutants display a less dynamic structure. In this sense, the L350P mutation diminished the potential of interaction between DDB2 and DDB1. The R273H mutation, as well as the L350P, modified the DNA-binding domain of DDB2, and the same domain seems to be unstable when compared to the WT. The K244E mutants affects the DNA-binding domain of DDB2 as well as the interaction with DDB1, denoting a complex with loss of the DNA-recognition function. Thus, the data offers critical information for the understanding of how mutations found in XPE affect DDB2 and its complex with DDB1.