Refinamiento de las estructuras de RMN utilizando disolventes implícitos y técnicas avanzadas de muestreo. | JoVE Visualize

Área de la Ciencia:

Biología Estructural Biología estructural.
Química computacional es la química computacional.
La biofísica es la biofísica.

Sus antecedentes:

Los cálculos de la estructura biomolecular de la resonancia magnética nuclear (RMN) se basan en el recocido simulado para el muestreo conformacional.
Por lo general, se requiere una gran redundancia en las restricciones experimentales para una determinación precisa de la estructura tridimensional.
Los modelos de disolventes implícitos generalizados Born (GB) ofrecen el potencial de integrar datos experimentales con campos de fuerza empíricos para mejorar las estructuras de RMN.

Objetivo del estudio:

Investigar la influencia del disolvente implícito en el refinamiento de las estructuras de RMN de proteínas.
Identificar un protocolo óptimo para la utilización de modelos implícitos de disolventes y técnicas avanzadas de muestreo en el refinamiento de la estructura de RMN.
Evaluar la eficacia del protocolo propuesto en proteínas de diferentes tamaños y niveles de redundancia de datos.

Principales métodos:

Se realizaron experimentos de refinamiento de la estructura en proteínas modelo con estructuras de RMN publicadas, utilizando conjuntos completos y subconjuntos de restricciones de RMN.
Se estudiaron los efectos implícitos del disolvente, junto con la aplicación de técnicas avanzadas de muestreo como el intercambio de réplicas (REX).
Se desarrolló un protocolo óptimo que implica la generación de la estructura inicial con el software de RMN convencional y el posterior refinamiento utilizando solvente implícito y REX.

Principales resultados:

El disolvente implícito tuvo un impacto mínimo en el refinamiento cuando se disponía de suficientes restricciones experimentales.
El refinamiento con disolvente implícito mejoró sustancialmente la calidad de la estructura cuando los datos experimentales eran limitados.
La combinación de disolvente implícito con el método REX guió rápidamente las estructuras casi nativas hacia la cuenca nativa, proporcionando un muestreo mejorado y una selección automática de estructuras de baja energía.

Conclusiones:

Un protocolo óptimo que combina la generación de la estructura inicial con datos experimentales y posterior refinamiento utilizando solvente implícito y REX mejora significativamente la calidad de la estructura de RMN, especialmente con restricciones limitadas.
Este protocolo es particularmente beneficioso en las primeras etapas de la determinación de la estructura de RMN y para las biomoléculas con datos redundantes limitados, como las grandes proteínas multidominio y en RMN de estado sólido.
El método propuesto acelera el proceso general de determinación de la estructura de RMN al proporcionar una estimación confiable del pliegue nativo a partir de datos limitados.