Estudos da interação de peptídeos antimicrobianos com modelo de membrana por simulações de dinâmica molecular

Abstract

Nos últimos anos, o interesse por estudar peptídeos com atividade antimicrobiana e anticâncer tem aumentado consideravelmente. Neste trabalho, direcionamos nossos estudos para os peptídeos antimicrobianos da classe dos matoparanos extraídos do veneno da vespa social Polybia paulista: o Polybia-MP III (MP-III), Polybia-MP I (MP-I) e seu sintético análogo, o Asn2-Polybia-MP I (NMP-I). Com o objetivo de estudar a interação desses peptídeos com um modelo de membrana composta por lipídeos do tipo POPC (Palmitoil-Oleil-Fosfatidil-Colina) em solução aquosa, realizamos dois tipos de simulações de Dinâmica Molecular (DM). Primeiramente, foram realizadas simulações no equilíbrio com a finalidade de amostrar o comportamento geral do sistema. Em seguida, para investigarmos especificamente o processo de adsorção do peptídeo à bicamada, realizamos simulações de DM com a utilização do método Adaptive Biasing Force (ABF), o que nos permitiu calcular o perfil de energia livre desse processo. Dentre os três peptídeos estudados, o que mais se destacou com relação a sua interação com o modelo de membrana, na simulação no equilíbrio, foi o peptídeo MP-I, por ser o único a se adsorver na bicamada com 200ns de simulação. Com a utilização do método ABF, verificamos que a posição mais estável para cada peptídeo é a posição na qual estes estão paralelos à face da bicamada, com a face hidrofóbica de cada peptídeo voltada para o interior da membrana, e a face hidrofílica voltada para o meio aquoso. Além disso, os resíduos hidrofílicos estão em contato com o grupo polar dos fosfolipídeos e com a água, e o resíduo de triptofano encontra-se posicionado na interface hidrofóbica/hidrofílica. Os resultados obtidos na simulação no equilíbrio para o peptídeo MP-I, que foi o único a se adsorver na bicamada, estão de acordo com os resultados obtidos pelo método ABF, e ambos concordam com resultados experimentais da literatura.

In recent years, interest in studying peptides with antimicrobial and anti-cancer activity has increased considerably. In this study, we focus our studies on antimicrobial peptides of the mastoparans class extracted from the venom of the social wasp Polybia paulista: the Polybia-MP III (MP III), Polybia-MP I (MP-I) and its synthetic analogue, the Asn2-Polybia-MP I (NMP-I). In order to study the interaction of these peptides with a model of membrane composed of POPC (Palmitoyl-Oleoyl-Phosphatidyl-Choline) lipids type in aqueous solution, we conducted two types of molecular dynamics simulations (MD). At first, a balance system simulation was performed in order to get a sampling of the general behavior of the system. Then, to investigate the adsorption of the peptide to the bilayer, MD simulations using Adaptive Biasing Force (ABF) method was performed, which allowed us to calculate the free energy profile of this process. Among the three studied peptides, the MP-I peptide was the one that stood out related to its interaction with the membrane model, in the simulation on balance, for being the one to adsorb the bilayer with simulation of 200ns. Using the ABF method, we verified that the most stable position for each peptide is the position in which they are parallel to the surface of the bilayer with the hydrophobic side of each peptide facing into the membrane, and the hydrophilic side facing the aqueous solution. In addition, the hydrophilic residues are in contact with the polar group of the phospholipid and water, and the tryptophan residue is positioned on the hydrophobic/hydrophilic interface. The results of the simulation in balance for the MP-I peptide, which was the only adsorbed in the bilayer, are in agreement with the results obtained by the method ABF, and both agree with experimental results in the literature.