Estudios teóricos de interacciones macromoleculares con ligando, utilizando herramientas de modelado molecular (dinámica molecular y docking).
Las biomoléculas son las estructuras más versátiles y complejas de la naturaleza; y sus funciones en la biología abarcan muchos procesos celulares; desde proporcionar sostén a las estructuras celulares hasta las más exquisita combinación de enzimas y máquinas moleculares. Dos aspectos fundamentales en la función de las proteínas son la adquisición de un plegamiento tridimensional estable y la interacción de las proteínas con ellas mismas y con diversos ligandos. Ambos aspectos pueden ser explorados por diversas técnicas experimentales tales como: espectroscopías, calorimetría, difracción de Rayos X y determinación estructural por RNM.
Un enfoque complementario es el uso de herramientas computacionales para predecir la estructura de las proteínas, validar estas y determinar sus interacciones con diversos ligandos. Por lo que en este curso se pretende transmitir las bases necesaria al estudiante para que explote las diversas herramientas computacionales actuales, que le sirvan como un complemento predictivo a los estudios experimentales de las biomoléculas.
Herramientas de modelado molecular
El modelaje molecular es un término genérico que se refiere a los métodos teóricos, que se aplican a través de técnicas computacionales para simular el comportamiento de las moléculas. La característica común de estas técnicas es la descripción a nivel molecular de los sistemas modelados, lo que provee información detallada de los mismos. Estos métodos hoy en día son utilizados de forma rutinaria para investigar la estructura, la dinámica y la termodinámica de los sistemas biológicos. Una de sus ventajas es que reduce la complejidad de los sistemas, además de proponer mecanismos moleculares que explican los resultados experimentales de las diferentes interacciones. Adicionalmente, esta técnica permite la comparación con los datos experimentales para hacer conjeturas racionales.
Acoplamiento molecular (“docking”).
El programa Autodock 4, se utilizara para realizar el docking molecular de los diferentes ligandos con la proteína CaM y sus complejos. El procedimiento general del docking consiste en la generación de mapas electrostáticos para cada tipo de átomos que participan en el docking, en una caja de 60x60x60 Ǻ, con un espacio de enrejamiento de 0.375 Ǻ, localizada en el centro de la macromolécula; la cual se construye con AutoGrid 4 (parte del paquete de programas de AutoDock 4). El proceso del docking se realiza con el algoritmo genético Lamarckian (LGA), utilizando los parámetros recomendados inicialmente a excepción del número de corridas el cual lo aumentaremos a 100, un tamaño de población de 150, un número máximo de evaluaciones de 2,500,000 y un número máximo de generaciones de 27,000. Los programas utilizados para el docking y su análisis son los siguientes: AutoDock 4.00 revisión 1.69 (1991-2007), AutoDockTools versión 1.5.0 revisión 7 (1999-2007 Molecular Graphics Laboratory, The Scripps Reseach Institute) sobre el sistema operativo UNIX distribución Linux 2.6.23.15-80.fc7 x86_64 GNU/LINUX.
Dinámica Molecular
Para las simulaciones de dinámica molecular, se utilizará el programa AMBER. Este programa de simulación permite que todos los átomos de un sistema vibren y se trasladen por un periodo de tiempo, integrando las ecuaciones de movimiento de Newton, bajo un campo de fuerza potencial empírico que aproxima las energías de los sistemas moleculares representando los átomos como esferas cargadas y los enlaces como resortes con propiedades especiales. Los sistemas se han parametrizado para que puedan predecir propiedades estadísticas de los sistemas fisicoquímicos, a la vez que proporcionan información detallada de las interacciones en el sistema, y logran estimar la contribución energética de diferentes parámetros los cuales pueden ser comparados con datos experimentales. Es decir, aportan información sobre la conformación y estabilidad de los sistemas en solución; en nuestro caso, de la interacción proteína-péptido. Estos programas han sido diseñados para simulaciones en sistemas de cómputo de alto desempeño, como el nuevo equipo de supercomputo (NES) de la UNAM Miztli.
En este proyecto se pretende estudiar las interacciones calmodulina-péptido y calmodulina-fármacos a nivel molecular, para establecer las principales características de unión en términos estructura-actividad; y con ello sentar las bases para diseñar péptidos afines y específicos para ser utilizados como biofármacos.