Publicação: Estudo da interação do complexo antiNS1/NS1-DENV2 usando ancoramento molecular e métodos quânticos semi-empíricos
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
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Resumo
Flaviroses, como a Dengue e a Zika, são doenças causadas pelos vírus do gênero Flavirirus.
Devido aos recorrentes quadros epidêmicos, essas doenças tornaram-se emergência de
saúde pública de preocupação internacional. Países de clima tropical, como o Brasil, são
propícios a tais epidemias, pois apresentam clima favorável para a proliferação do mosquito
transmissor. A profilaxia restrita ao combate do agente transmissor e a falta de tratamento
específico, tornam os estudos de desenvolvimento de diagnósticos mais precisos e precoces,
uma alternativa promissora na mudança do cenário atual. Neste sentido, muitos estudos
têm voltado a atenção para as proteínas codificadas pelo vírus dentro da célula hospedeira.
Dentre elas, a proteína não estrutural 1 (NS1) recebeu destaque, devido ao importante
papel desempenhado nos processos de replicação e evasão viral. Atualmente, o diagnóstico
da Dengue e da Zika, é realizado por meio de ensaios imunoenzimáticos, como o ELISA,
que utilizam a imunoglobulina IgG como marcador. No entanto, este diagnóstico não é
específico à nenhuma flavirose e pode fornecer resultados falso-positivos, devido à reações
cruzadas. Alternativamente, a proteína sNS1 já é utilizada como um marcador e pode
fornecer diagnósticos precoces e sem reações cruzadas. No entanto, a capacidade de
discriminação entre as flaviroses por meio da afinidade do complexo antígeno-anticorpo é
desconhecida. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo compreender as interações
moleculares entre a proteína não estrutural da Dengue sorotipo 2 (NS1-DENV2) e um
anticorpo monoclonal antiNS1 (22NS). Para isso, foi proposto um protocolo de análise
in silico que combina ancoramento molecular e cálculos quânticos semi-empíricos para
avaliar a região e a afinidade de interação do complexo antiNS1/NS1-DENV2. Foram
utilizados dois softwares de ancoramento molecular (ClusPro e PatchDock), baseados em
algoritmos de busca global distintos, para obtenção das configurações iniciais do complexo.
Depois, o software Rosetta online, foi utilizado para refinamento dessas configurações. O
modelo do complexo 22NS/DENV2 e a estrutura cristalográfica 22NS/WNV, tiveram a
entalpia de ligação (∆Hlig ) calculada à partir das informações do calor de formação (∆Hf ).
Ele foi calculado no MOPAC 2016, através do Hamiltoniano semi-empírico PM7, com a
aproximação MOZYME e modelo de solvatação implítica. Os resultados, mostraram que
a região de interação do complexo 22NS/NS1-DENV2 localiza-se nas porções do domínio
Wing, em acordo com dados experimentais de mapeamento de epítopos. O valor de
∆Hlig foi de -460,07 kJ mol−1 comparável ao ∆Hlig do complexo cristalográfico (-620,95
kJ mol−1 ). O protocolo proposto mostrou-se promissor na discriminação de modelos
precisos e imprecisos, fornecendo modelos em concordância com estudos experimentais
e, portanto, é útil para a avaliação da região e da afinidade de interação em sistemas
semelhantes.
Abstract
Flaviviruses, such as Dengue and Zika, are diseases caused by viruses from the genus Fla-
vivirus. Responsible for epidemic conditions, they have become a public health emergency
of international concern. Tropical climate countries, such as Brazil, are prone to these
epidemics because they have a favorable climate for the proliferation of the transmit-
ting mosquito. The prophylaxis restricted to combating the transmitting agent and the
lack of specific treatment have made studies focus on developing more accurate and early
diagnoses, a promising alternative in changing the current scenario. In this sense, many re-
searches have been studying the viral proteins encoded within the host cell. Among them,
the non-structural protein 1 (NS1) has received focus due to its important role in repli-
cation processes and viral evasion. Currently, the diagnosis of Dengue and Zika diseases
is performed by using enzyme immunoassays, like ELISA, which uses immunoglobulin
G as a marker. However, this kind of diagnosis is non-specific and may provide false-
positive results due to cross-reactions. Alternatively, sNS1 protein is already used as a
marker, and it provides early diagnostics without cross-reactions. However, the capability
to discriminate between flaviviruses through the antigen-antibody complex affinity is still
unknown. In this context, this study aims to understand the molecular interactions be-
tween the non-structural protein of Dengue serotype 2 (NS1-DENV2) and a monoclonal
antibody antiNS1. In order to evaluate the interacting affinity region through getting
the antiNS1/NS1-DENV2 complex, we are proposing an in silico analysis protocol, which
combines docking molecular and semiempirical approach. By using two molecular docking
softwares (ClusPro and PatchDock), based on different global search algorithms, we got
the initial configurations of the complex. Next, the Rosetta online server was used to re-
fine those configurations. The bonding enthalpy (∆Hbind ) of the 22NS/DENV2 model and
the 22NS/WNV crystallographic structure were calculated from their heat of formation,
∆H f . All ∆H f were calculated in MOPAC 2016 using the semiempirical Hamiltonian
PM7, along with the MOZYME approach and implicit solvation model. The results
showed that the 22NS/NS1-DENV2 complex interaction region is located on the Wing
domain, in agreement with experimental epitopes mapping data. The value of ∆Hlig
obtained from 22NS/DENV2 was -460.07 kJ mol−1 , which is comparable to ∆Hlig the
crystallographic complex (-620.95 kJ mol−1 ). According to this, the proposed protocol
might be a promising tool for discriminating accurate and imprecise models, providing
models in agreement with experimental data. Therefore, this protocol is useful to evaluate
the interaction region and the affinity for similar systems.
Palavras-chave
Ancoramento molecular, Semi-empírico, Dengue, NS1, Flaviroses, Molecular Docking, Semiempirical, Flaviviruses
Citação
SILVA, Leticia Alves da. Estudo da interação do complexo antiNS1/NS1-DENV2 usando ancoramento molecular e métodos quânticos semi-empíricos. 2020. 61 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.322.
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