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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-9620-3974
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo da interação do complexo antiNS1/NS1-DENV2 usando ancoramento molecular e métodos quânticos semi-empíricos
Alternate title (s): Study of the interaction of the antiNS1/NS1-DENV2 complex using molecular docking and quantum semiempirical apprach.
Estudio de la interacción del complejo antiNS1/NS1-DENV2 usando anclaje molecular y métodos cuánticos semi-empírico
Author: Silva, Leticia Alves da
First Advisor: Franca, Eduardo de Faria
First member of the Committee: Costa, Luciano Tavares da
Second member of the Committee: Arvelos, Sarah
Summary: 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.
Keywords: Ancoramento molecular
Semi-empírico
Dengue
NS1
Flaviroses
Molecular Docking
Semiempirical
Flaviviruses
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: 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. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.322.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.322
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29294
Date of defense: 27-Feb-2020
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