Breathing, bubbling, and bending: DNA flexibility from multimicrosecond simulations

Ari Zeida, Matías Rodrigo Machado, Pablo Daniel Dans, Sergio Pantano
2012 Physical Review E  
RESUMEN El Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH) es un agente patógeno de gran impacto en la población humana. Este virus afecta células del sistema inmune integrándose de forma persistente en su genoma. Durante este estadío, llamado provirus, el VIH es capaz de usar la maquinaria celular para favorecer su replicación. Debido a que algunos provirus de la población infectiva pueden permanecer latentes, sin transcribir su genoma por un gran período de tiempo, las terapias existentes solo
more » ... an mitigar los efectos de la enfermedad pero no erradicar la infección. Comprender mejor los mecanismos implicados en la transcripción y represión del genoma viral es fundamental para el desarrollo de nuevas terapias contra este agente. En el presente trabajo se aplicó el estado del arte en simulaciones de dinámica molecular para explorar aspectos atomísticos relacionados a los fenómenos de transcripción y represión. Dado que las técnicas de simulación están limitadas a sistemas moleculares y tiempos de simulación relativamente pequeños, se dedicó un tiempo significativo del trabajo de tesis al desarrollo de modelos simplificados que permitieran acceder a escalas temporales y espaciales biológicamente relevantes. De esta forma se generaron las herramientas necesarias para simular el comportamiento de la región promotora del VIH (80 pares de bases) en presencia y ausencia de la proteína de unión al elemento de regulación TATA. De este estudio se destaca la capacidad del ADN como medio para transmitir información en forma mecánica a través de su estructura. Por otro lado, se estudió a la Proteína Heterocromática 1 por ser un actor central en el establecimiento y mantenimiento del estado represivo de la cromatina que conduce a la latencia del virus. En este caso se evidenciaron determinantes estructurales en la interacción isoforma específica con la histona 3. Por último, partiendo del conocimiento estructural y bioquímico de varias proteínas que participan en la regulación del virus, se generó un modelo estructural del provirus de VIH-1 en estado de latencia. Este modelo permitió replantear algunos esquemas obtenidos de biología molecular, permitiendo de esta forma tender un puente entre la visión atomística y macroscópica de los procesos. 2 De esta manera, por medio del modelado molecular se logró cubrir un amplio espectro de sistemas relacionados a la transcripción del VIH. En este trabajo de tesis se desarrollan en mayor detalle resultados que se encuentran aun en preparación. Los mismos serán enviados para su publicación en revistas arbitradas internacionales. La mayor parte del trabajo realizado ha sido publicado en los artículos citados a continuación: 1. Dans PD, Zeida A, Machado MR, Pantano S. (2010) A coarse grained model for atomic-detailed DNA simulations with explicit electrostatics. J. Chem. Theory. Comput. 6:1711-1725. 2. Zeida A, Machado MR, Dans PD, Pantano S (2012) Breathing, bubbling and bending: DNA flexibility from multi microseconds simulations. Phys Rev E. 86: 021903 . Coarse grain potential: a model for DNA in implicit and explicit solvent. En "A course on biomolecular simulations", ed. Jordi Villà-Freixa, Huygens Editorial, en prensa. 5. Machado MR, Dans PD, Pantano S. (2011) A hybrid all-atom/coarse grain model for multiscale simulations of DNA. Phys. Chem. Chem. Phys. 13: 18134-18144. 6. Machado MR, Dans PD, Pantano S. (2010) Isoform-specific determinants in the HP1 binding to histone 3: insights from molecular simulations. Amino Acids. 5:1571-1581. 3 AGRADECIMIENTOS Agradezco a la Agencia Nacional de Investigación e Innovación (ANII) por haber financiado la beca de Maestría y a la Comisión Sectorial de Investigación Científica (CSIC) de la UdelaR por la financiación de la beca de finalización de postgrado que cubrió la realización del Doctorado. Al Institut Pasteur de Montevideo, lugar en donde realice la tesis y el cual me financió para desarrollar este trabajo de investigación. También agradezco a Sergio Pantano por haberme abierto las puertas de su laboratorio y brindado su apoyo y guía, también por su constante preocupación para que esta etapa de formación sea un trabajo debidamente remunerado. A Pablo Dans por los invalorables aportes y consejos como cotutor de la Tesis. A los compañeros del Grupo de Simulaciones Biomoleculares con los cuales compartí muy buenas e innumerables experiencias: Leonardo Darré, Fernando Herrera, Ari Zeida, Humberto Gonzalez, Astrid Brandner y Sebastián Ferreira. A los amigos del Institut Pasteur de Montevideo que me ayudaron a integrarme a la vida del instituto. Al resto de los buenos amigos tanto de Facultad de Ciencias como de otros ámbitos que han estado presentes de una forma u otra animándome a seguir adelante. Por último agradezco a mi familia por todo el apoyo brindado estos años, sin lo cual seria imposible haber logrado todas las metas propuestas. En particular a mis padres Darío y Carmen, muchas gracias. Agradezco especialmente a Mari por acompañarme, aconsejarme y soportarme durante este largo camino. 4
doi:10.1103/physreve.86.021903 pmid:23005781 fatcat:4zrcbyqdpfe2bb6ss3l6q5bunm