GLP-1r (receptor da incretina glucagon-like-peptide-1) e os fenótipos de sobrepeso e obesidade: uma abordagem in silico

Abstract

O GLP-1R é um membro proteico da família B dos receptores acoplados à proteína G, a maior proteína de ligação expressa na membrana celular e amplamente expressa nos tecidos humanos. Na estimulação do seu agonista (GLP-1), as funções do GLP-1R estão ligadas ao metabolismo da glicose, aumentando a secreção de insulina nas células beta pancreáticas e a regulação do apetite no hipotálamo e consequentemente associadas a distúrbios como a obesidade e o diabetes. Portanto, mutações nesse gene podem levar a alterações fisiológicas que podem explicar diferenças fenotípicas entre os indivíduos. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar sistematicamente as variantes missense do GLP-1R. Inicialmente, a mineração de dados foi realizada no dbSNP (Single Nucleotide Polymorphism Database) que apresentou 16.399 variantes para GLP-1R. Entre eles, 356 eram SNPs não sinônimos localizados em regiões codificantes (missense). Esses 356 nsSNPs foram analisados na interface Web PolyPhen-2, uma ferramenta in silico que prevê o impacto de uma substituição de aminoácidos na estrutura e função da proteína. As variantes também foram filtradas pela frequência alélica global (cut-off de 0,5) resultando em 6 potenciais variantes patogênicas: D344E, A239T, R310Q, R227H, R421P e R176G. Essas 6 variantes foram analisadas em quatro outras ferramentas de predição (Align GVD, SNAP2, PANTHER e PROVEAN), e todas confirmaram as variantes como sendo deletérias. Por fim, as variantes foram analisadas nas bases de dados HOPE Prediction e SwissModdel, plataformas que preveem a estrutura tridimensional de proteínas modificadas. Os nsSNPs D344E e A239T resultaram em resíduos maiores do que o tipo selvagem. D344E resultou em uma estrutura ligeiramente desestabilizada afetando alguns graus da funcionalidade do receptor e A239T pareceu afetar as hélices transmembrana com a membrana lipídica. No entanto, as variantes R310Q, R227H, R421P e R176G promoveram resíduos menores do que o tipo selvagem promovendo uma perda de carga positiva e um aumento da hidrofobicidade levando a distúrbios nas interações com outras hélices transmembranares do receptor. Particularmente, na variante R421P, a prolina desestabilizou a a-hélice e causou graves danos à estrutura 3D do receptor. Em conjunto, o esclarecimento do cenário mutacional das variantes do GLP-1R e o estudo do potencial dano desses nsSNPs na funcionalidade do receptor podem contribuir para a elucidação de doenças metabólicas relacionadas ao GLP-1R.

Abstract: GLP-1R is a protein member of the B family of G protein-coupled receptors, the major binding protein expressed in the cell membrane and widely diffused by human tissues. On stimulation of its agonist (GLP-1), the functions of GLP-1R are strongly linked to glucose metabolism, increasing insulin secretion in pancreatic beta cells and appetite regulation in the hypothalamus. Therefore, mutations in this gene can lead to physiological changes that can explain phenotypic differences between individuals. In this context, this work aimed to systematically evaluate the missense variants of GLP-1R. Initially, data mining was performed on dbSNP (Single Nucleotide Polymorphism Database) which retrieved 16,399 variants for GLP-1R. Among them, 356 were missense SNPs. These 356 nsSNPs were analyzed in the PolyPhen-2 web interface. Variants were also filtered by global allele frequency (0.5 cut-offs) resulting in 6 potential pathogenic variants: D344E, A239T, R310Q, R227H, R421P and R176G. They were analyzed in four other prediction tools (Align GVD, SNAP2, PANTHER and PROVEAN), and all confirmed the variants as deleterious. Finally, these 6 variants were analyzed in the HOPE Prediction and SwissModdel databases, platforms that predict the three-dimensional structure of proteins. The D344E and A239T nsSNPs resulted in larger residues than wild-type ones. D344E resulted in a slightly destabilized structure affecting some degree of receptor functionality, and A239T affected the transmembrane helices with the lipid membrane. The R310Q, R227H, R421P and R176G variants resulted in smaller residues than the wild-type, promoting a loss of positive charge, and an increase in hydrophobicity leading to disturbances in interactions with other transmembrane helices of the receptor. Particularly in the R421P variant, proline destabilized the a-helix and caused severe damage to the 3D structure of the receptor. Together, clarifying the mutational scenario of GLP-1R variants and studying the potential damage of these nsSNPs on receptor functionality may contribute to the elucidation of metabolic diseases related to GLP-1R.