Caracterização estrutural da enzima Glutationa S-transferase alfa 1.2 de ostra Crassostrea gigas (Thunberg, 1793): uma abordagem in silico

Abstract

As Glutationa S-Transferases (GSTs) são uma família de enzimas de biotransformação de fase II encontradas na maioria dos grupos animais. Suas isoformas são amplamente utilizadas como biomarcadores de contaminação aquática nas mais diversas espécies, inclusive na ostra Crassostrea gigas, referência para estudos com biomarcadores em moluscos bivalves. As GSTs da classe alfa são conhecidas por metabolizar diversos compostos e, além da atividade transferase, podem atuar como peroxidases e isomerases. Em vertebrados, estudos mostram sua capacidade de conjugar substratos como o CDNB, 4-HNE e (+)-anti-BPDE com a molécula de glutationa. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi fazer a caracterização estrutural de um modelo enzimático da isoforma GST alfa1.2 de C. gigas, criado anteriormente por nosso grupo de pesquisa, através de testes de interação com esses ligantes. Metodologias computacionais como atracamento e dinâmica molecular, foram empregadas e conseguimos avaliar a interação da enzima CgGSTA1.2 com os ligantes CDNB, 4-HNE e (+)- anti-BPDE conjugados à glutationa. Nossos resultados demonstraram que os substratos CDNB e (+)-anti-BPDE são fortes candidatos à metabolização por essa isoforma. Em dados apresentados em estudos anteriores foi demonstrado, que CgGSTA1.2, de fato, é capaz de metabolizar o substrato CDNB in vitro. Sendo assim, avaliamos através de simulações de dinâmica molecular o comportamento desse ligante conjugado à glutationa no sítio catalítico da enzima. Os resíduos Y13, G18, R19, Q58, P60, T72, L111, F115, Y214 e V218, apareceram como contribuintes para diminuir a energia livre do complexo CgGSTA1.2- ligante. Sete dessas interações são conservadas na estrutura cristalográfica de GST alfa de Gallus gallus usada como referência. Entretanto, a interação com o aminoácido tirosina 214 parece ser particular da isoforma GST alfa1.2 de ostra.

The Glutathione S-transferases (GSTs) are a family of enzymes involved in phase II biotransformation reactions, present in different animal groups. The GSTs isoforms are usually used as biomarkers of aquatic contamination in several species, including the oyster Crassostrea gigas, which is a bivalve mollusk reference in biomarker studies. The alpha GST class is characterized to metabolize several compounds, besides transferase activity, they can also act as peroxidases and isomerases. In vertebrate animals, previous studies showed these enzymes were able for CDNB, 4-HNE, and (+)-anti-BPDE binding. In this study we aimed to perform the structural characterization of the tridimensional protein model of alpha1.2 GST isoform of C. gigas. Those ligand binding interactions were previously reported by our research group and used as starting points in this work. The molecular docking methodology was employed to evaluate the CDNB, 4-HNE, and (+)-anti-BPDE binding modes in the CgGSTA1.2 catalytic site, and our results showed this enzyme isoform was a candidate to metabolize CDNB and (+)-anti-BPDE substrates. The results of Deconto’s (2022) studies confirmed that CgGSTA1.2 is able to metabolize CDNB in vitro. Thus, we employed the molecular dynamic simulation methodology to evaluate the CgGSTA1.2 in complex with glutathione conjugate of CDNB during 150 ns. Our results showed the amino acids Y13, G18, R19, Q58, P60, T72, L111, F115, Y214 e V218 are responsible for lowering the free energy of the complex CgGSTA1.2-ligand. Seven of these bindings are conserved in the crystal structure of Gallus Gallus used as a reference in this study. By contrast, the binding with the amino acid tyrosine 214 seems to be unique to the oyster alpha1.2 GST isoform.