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Aug 28, 2023

Estrutura da solução de Pvfp recombinante

Volume de Biologia da Comunicação

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 739 (2022) Citar este artigo

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Alguns organismos marinhos podem resistir a ambientes de maré aquosa e aderir fortemente em superfícies molhadas. Esse comportamento tem aumentado a atenção para aplicações potenciais em medicina, biomateriais e engenharia de tecidos. Nos mexilhões, as forças adesivas à rocha são resultantes de formações fibrosas protéicas denominadas bissus. Apresentamos a estrutura em solução de Pvfp-5β, uma das três proteínas da placa bissal secretadas pelo mexilhão verde asiático Perna viridis, e o componente responsável por iniciar as interações com o substrato. Demonstramos que Pvfp-5β possui uma estrutura enovelada de forma estável de acordo com a presença na sequência de dois motivos EGF. A estrutura é altamente rígida, exceto por alguns resíduos afetados por movimentos locais lentos na escala de tempo µs-ms, e difere do modelo calculado por métodos de inteligência artificial para a orientação relativa dos módulos EGF, algo em que os métodos computacionais ainda apresentam desempenho inferior . Também mostramos que o Pvfp-5β é capaz de coacervar mesmo sem modificação de DOPA, fornecendo assim informações tanto para a compreensão do mecanismo de adesão de proteínas adesivas de mexilhão quanto para o desenvolvimento de biomateriais.

Como organismos marinhos, como mexilhões, estrelas do mar e vermes de castelo de areia, conseguem aderir tão firmemente a superfícies molhadas para resistir à força das marés e ondas tempestuosas é um tópico de interesse crescente1. Isso não se deve apenas à importância dessa propriedade para a indústria naval, para a qual a bioincrustação de superfície é uma grande preocupação, pois acelera a corrosão da superfície que requer manutenção de superfície dispendiosa. Ainda mais interessantes são as implicações que uma compreensão completa de um mecanismo de adesão tão forte poderia ter para o desenvolvimento de novos biomateriais com propriedades que poderiam ser exploradas em medicina regenerativa, engenharia de tecidos e ciência de materiais2,3.

Entre os organismos marinhos com propriedades de adesão estão os mexilhões que desenvolveram uma estratégia para forte adesão subaquática através da secreção de um apêndice fibroso baseado em proteína chamado byssus. Esta consiste em filamentos formados por feixes de fibras entrelaçadas entre si4. Cada filamento termina com uma placa rica em proteínas, contendo as proteínas do pé de mexilhão (mfps) caracterizadas por características adesivas, que atuam como uma cola resistente à água e permitem que a fibra se ancore firmemente a diferentes substratos5,6. Quimicamente, a composição do bisso consiste em várias proteínas diferentes que são todas sintetizadas no pé do mexilhão, um grande órgão que em água doce permite que o mexilhão puxe o substrato e se mova. O bisso é produzido em um sulco na superfície ventral do pé e exsudado como uma secreção viscosa, que gradativamente endurece e forma fibras ao entrar em contato com a água, em um processo de coacervação que tem analogia com a formação das fibras amilóides dos peptídeos Abeta7.

Seis proteínas do pé de mexilhão foram identificadas no gênero Mytilus mais estudado (mfp-2, -3S, -3F, -4, -5 e -6)8. As proteínas desse organismo possuem energias de adesão fracas (<5 mN/m) e a peculiaridade de serem biodegradáveis ​​e, portanto, ambientalmente amigáveis9, geralmente não tóxicas e com baixas propriedades de resposta imune10. Uma peculiaridade das proteínas do pé de mexilhão é que elas contêm o aminoácido cateólico 3,4-diidroxi-l-fenilalanina (DOPA), um derivado da tirosina obtido por modificação pós-traducional11. DOPA é conhecido por se ligar a uma ampla variedade de substratos por meio de sua capacidade de formar pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, coordenação de metais e ligações covalentes12,13,14,15,16 e, portanto, muitos estudos se concentraram até agora em polímeros derivados de DOPA para desenvolvimento de novos biomateriais adesivos.

Em um estudo anterior, caracterizamos a versão não modificada por DOPA de uma das proteínas mfp do mexilhão verde asiático Perna viridis (Pvfp-5β)17. Dentre as proteínas produzidas por esse organismo que incluem também a Pvfp-3α e a Pvfp-6, a Pvfp-5β é a primeira a ser secretada e a estabelecer interação com o substrato tornando-a um sistema de particular interesse18. A sequência desta proteína contém duas repetições em tandem com alta homologia com módulos EGF e compartilha 47-50% de identidade com as repetições EGF da proteína Notch ligand Δ-like 117,18. Os motivos EGF são proteínas all-β caracterizadas por três pontes dissulfeto conservadas, que podem ligar íons cálcio, e também foram observados em outras proteínas adesivas de mexilhão, como Mgfp-2 de Mytilus galloprovincialis12,19,20. Demonstramos que é possível produzir Pvfp-5β recombinante em bactérias e que Pvfp-5β tem baixa toxicidade e propriedades adesivas intrínsecas também na ausência de modificações de DOPA17, confortando a possibilidade de usar esta proteína como um biomaterial de revestimento de superfície para aplicações médicas, incluindo a regeneração de tecidos danificados. Esses resultados também foram apoiados por outros estudos, que demonstraram que os resíduos substituídos por DOPA não são necessários para produzir forte adesão resistente à umidade, e as proteínas DOPAminadas não têm propriedades adesivas mais altas do que as versões correspondentes não DOPAminadas5,21, 22. Nossos resultados também se alinham com estudos recentes que destacaram a importância dos resíduos de lisina (Lys) na adesão do mexilhão23,24,25,26. De fato, tanto a DOPA quanto a tirosina são propensas a formar ligações cátion-π com resíduos de flanqueamento carregados positivamente, como a lisina, que aumenta a força coesiva das camadas adsorvidas de mfps e induz uma separação espontânea de fase líquido-líquido de uma proteína rica em proteínas. fase fluida (coacervação complexa) em soluções salinas27,28,29.