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Ver el documento (formato PDF)   Ferreiro, Diego U..  "Mecanismo de unión a ADN del dominio C-terminal de la proteína E2 del papilomavirus humano, principal regulador de la expresión génica viral"  (2003)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
La interacción proteína-ADN juega un papel central en la fisiología celular. Dentro de éstas, se identifica al reconocimiento secuencia especifico con un rol regulatorio clave, pues de éstas interacciones depende la orquestación de los patrones de expresión génica de un organismo. Utilizando el dominio de unión a ADN del factor de transcripción E2 del papilomavirus humano, nos propusimos analizar la interacción en condiciones en las cuales fuera posible extraer datos fisicoquímicos precisos del proceso de unión. Confiamos en que la interpretación de éstos en términos termodinámicos provee un marco para relacionar las estructuras proteicas con su funcionalidad biológica Caracterizamos un mecanismo de unión E2c-ADN al equilibrio en el cual E2c presenta dos modos diferentes de unión de ADN diferentes. Estos modos resultan estar estrechamente relacionados con la ocurrencia de poblaciones conformacionales del estado plegado de E2c. Mostramos ademas que ésto no sucede en un homólogo cercano con el que comparte una alta identidad de secuencia y una topología de plegamiento idéntica, sugiriendo que ésto puede estar relacionado con los distintos roles funcionales que E2c presenta. El camino cinétíco de interacción E2c-ADN se inicia con una colisión rápida, limitada por la difusión de las macromoléculas en solución. Esto da lugar a un "complejo de encuentro" estabilizado por interacciones electrostáticas, en el cual E2c tiene la posibilidad de deslizarse sobre la doble hélice. Si el ADN contiene un sitio E2, el complejo sufre fuertes rearreglos conformacionales que, luego de una fase de expulsión de solvente. resultan en la formación de un complejo estable proteina:ADN. Este último paso involucra un ocultamiento de superficie accesible al solvente y es allí donde se consolidan las interacciones cercanas aminoácido-base. Experimentos de doble-mezcla por flujo detenido nos permitieron asignar el orden secuencial de los rearreglos y demostrar que la unión puede también proceder por una ruta macroscópica paralela. caracterizada como de dos estados. Utilizando una estrategia de mutagénesis sitio-dirigida realizamos un mapeo energético de la interfase de unión. Pudimos asignar las contribuciones que cada residuo realiza, en forma aditiva, a la energía libre de asociación. Las asignaciones energéticas resultaron estar en excelente concordancia con las estructuras de alta resolución, y correlacionan con el carácter altamente dinámico de la interfase de asociación. Lon conjuntos de estados de transición del camino cinético fueron analizados con 23 mutantes sitio-dirigidas. Esto nos permitió disectar las contribuciones energéticas de los residuos independientes a nivel atómico e inferir los cambios conformacionales que ocurren durante las etapas de unión y reconocimiento de secuencia. Mostramos que la plasticidad estructural que E2c presenta está íntimamente ligada a su capacidad de reconocimiento sitio-específico. Por último, presentamos un modelo funcional plausible de regular la actividad biológica de E2c y su capacidad de reconocimiento de secuencias de ADN.

Abstract:
Protein-DNA interactions play a central role in cellular physiology. Within these, site specific recognition is a primary topic that underprints the expression profile of whole genomes. Although many biological aspects of these non-covalent interactions are becoming clearer, detailed biophysical understanding of site specific recognition is lacking. Using the human papilomavirus (HPV) E2c transcription factor as a model system we aim a physicochemical dissection of its DNA binding properties. We set-up an spectroscopic binding essay, readily done in solution, which allowed us to quantify DNA binding parameters in energetic terms, detect conformational changes exerted on both macromolecules upon binding and relate them to the high resolution structures available. We characterized an equilibrium DNA binding mechanism where the HPV-16 E2c domain is capable of two distinct binding modes, which correspond to different conformational ensembles of the E2c molecule. Despite having a strong sequence identity and an identical folding topology, a close homolog does not show this behaviour under the same experimental conditions. The differences observed may be related to the distinctive transcriptional roles in which these proteins are involved. The kinetic DNA-binding mechanism is initiated by the diffusion controlled formation of an encounter complex stabilized by electrostatic interactions, in which E2c has the possibility to slide along the DNA duplex. If the target DNA contains an E2-binding site, substantial conformational rearrangements take place, and a solvent exclusion step leads to the formation of a highly stable protein-DNA complex. This last step involves the largest burial of surface area from the interface and the direct readout of the DNA bases is proposed to occur. Double-Jump stopped flow experiments allowed us to characterize the sequence of intermediate events and demonstrate that a last-formed final complex can be formed through a parallel two-state macroscopic route. An extensive site-directed mutagenesis analysis over the entire DNA binding reglon led us assign the energetic contributions of individual sidechains to the overall binding free energy. We show that each sidechain contribute in a small amount to the total free energy in an additive way. These contributions are in excelent agreement with the high resolution structures and correlate with the highly dynamic character of the interface. The transition state ensembles of the kinetic binding pathway were probed with 23 site-directed mutants. This led us to dissect the sidechain energetic contributions at almost atomic resolution, and infer the conformational changes that take place in each kinetic event. We show that the conformational plasticity this protein presents is intimately linked to its DNA recognition capacity. Finally, a plausible biological model for functional E2c regulation and specific DNA recognition is presented.

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Registro:
Título : Mecanismo de unión a ADN del dominio C-terminal de la proteína E2 del papilomavirus humano, principal regulador de la expresión génica viral    
Autor : Ferreiro, Diego U.
Director : Prat Gay, Gonzalo
Año : 2003
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas (IIB). Laboratorio de Estructura-Función e Ingeniería de Proteínas
Grado obtenido : Doctor en Ciencias Químicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3638_Ferreiro
Idioma : Español
Area Temática : Biología / Biología Molecular y Celular
Química / Química Biológica
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