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Publicação
Deciphering the structural features of glycan-lectin interactions in the immune system
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Orientador(es)
Resumo(s)
This thesis is focused on the study of the molecular recognition of two cancer associated
glycan epitopes, the LacdiNAc (GalNAcβ1-4GlcNAc) and the LacNAc (Galβ1-4GlcNAc)
structures by two immune-related lectins, the human macrophage galactose-type lectin (MGL)
and human galectin-3 (Gal-3) through a multidisciplinary approach that combines NMR
spectroscopy, isothermal titration calorimetry (ITC), molecular dynamics (MD) and X-ray
crystallography.
In the case of the MGL, the KD of MGL/LacdiNAc complex is at low µM range (5.3 µM)
and similar that obtain for the MGL/α-Me-GalNAc complex, while MGL/LacNAc complex is at the
mM range (higher than 1 mM). STD-NMR binding studies demonstrate that MGL preferentially
binds LacdiNAc and LacNAc structures, through the non-reducing end of the disaccharides. The
1H,15N-HSQC based titrations show that both ligands perturb the same region of MGL, however,
the magnitude of this perturbation is much higher in the case of LacdiNAc than LacNAc.
Furthermore, significant differences in the chemical shift perturbations of Y236, H286 and D294
residues were observed. MD models show that these differences are intimately related with the
specific engagement of the NHAc group of the GalNAc unit of LacdiNAc.
With respect of Gal-3 complexes both ligands bind Gal-3 with similar affinity (30-40 µM).
Nevertheless, the 1H,15N-HSQC based titration shows that additional residues are perturbed in βstrand S3 in the case of Gal-3/LacdiNAc complex. X-Ray structure of the complex Gal-3/LacdiNAc
confirms modifications at this region of the protein showing that the LacdiNAc induces an alternate
conformation for the side chain of R144. The R144B conformation, absent in the case of the
complex with LacNAc, mediates a hydrogen-bond with the N-acetyl group of GalNAc of LacdiNAc,
and increase the residence of a water molecule (W2) that in turn establish a hydrogen-bond
network involving the N-acetyl group of GalNAc, the glycosidic bond of LacdiNAc and the R144B.
Esta tese está focada no estudo do reconhecimento molecular de dois epítopos de açúcares que estão associados ao cancro, o LacdiNAc (GalNAcβ1-4GlcNAc) e o LacNAc (Galβ1-4GlcNAc) por duas lectinas do sistema imunitário, a human macrophage galactose-type lectin (MGL) e a human Galectin-3 (Gal-3) através de uma estratégia multidisciplinar que combina espetroscopia de RMN, calorimetria de titulação isotérmica (ITC), dinâmica molecular (MD) e cristalografia de raios-X. No caso da MGL, o KD do complexo MGL/LacdiNAc é na ordem dos baixos μM (5.3 μM), semelhante ao obtido para o complexo MGL/α-Me-GalNAc, enquanto que o complexo MGL/LacNAc é na ordem do mM (acima de 1mM). Os estudos de interação por STD-RMN demonstram que a MGL liga preferencialmente ao LacdiNAc e LacNAc através da unidade não redutora dos dissacáridos. As titulações baseadas em 1H,15N-HSQC mostram que ambos os ligandos perturbam a mesma região da MGL, no entanto, a magnitude da perturbação é muito superior no caso do LacdiNAc que no do LacNAc. Além disso, foram observadas diferenças significativas nas perturbações de desvio químico de Y236, H286 e D294. Os modelos de MD atribuem essas diferenças à interação específica do grupo NHAc da unidade de GalNAc do LacdiNAc. No que respeita aos complexos da Gal-3, ambos os ligandos têm afinidades semelhantes (30-40 μM). Ainda assim, as titulações baseadas em 1H,15N-HSQC evidenciam que há resíduos adicionais perturbados na β-strand S3 no caso do complexo Gal-3/LacdiNAc. A estrutura de raios-X do complexo Gal-3/LacdiNAc confirma as modificações nesta região da proteína, mostrando que o LacdiNAc induz uma conformação alternada da cadeia lateral da R144. A conformação R144B, ausente no caso do complexo com LacNAc, media uma ponte de hidrogénio com o grupo N-acetil do GalNAc do LacdiNAc, e aumenta a residência de uma molécula de água (W2) que estabelece uma rede de pontes de hidrogénio que envolve o grupo N-acetil do GalNAc, a ligação glicosídica do LacdiNAc e a R144B.
Esta tese está focada no estudo do reconhecimento molecular de dois epítopos de açúcares que estão associados ao cancro, o LacdiNAc (GalNAcβ1-4GlcNAc) e o LacNAc (Galβ1-4GlcNAc) por duas lectinas do sistema imunitário, a human macrophage galactose-type lectin (MGL) e a human Galectin-3 (Gal-3) através de uma estratégia multidisciplinar que combina espetroscopia de RMN, calorimetria de titulação isotérmica (ITC), dinâmica molecular (MD) e cristalografia de raios-X. No caso da MGL, o KD do complexo MGL/LacdiNAc é na ordem dos baixos μM (5.3 μM), semelhante ao obtido para o complexo MGL/α-Me-GalNAc, enquanto que o complexo MGL/LacNAc é na ordem do mM (acima de 1mM). Os estudos de interação por STD-RMN demonstram que a MGL liga preferencialmente ao LacdiNAc e LacNAc através da unidade não redutora dos dissacáridos. As titulações baseadas em 1H,15N-HSQC mostram que ambos os ligandos perturbam a mesma região da MGL, no entanto, a magnitude da perturbação é muito superior no caso do LacdiNAc que no do LacNAc. Além disso, foram observadas diferenças significativas nas perturbações de desvio químico de Y236, H286 e D294. Os modelos de MD atribuem essas diferenças à interação específica do grupo NHAc da unidade de GalNAc do LacdiNAc. No que respeita aos complexos da Gal-3, ambos os ligandos têm afinidades semelhantes (30-40 μM). Ainda assim, as titulações baseadas em 1H,15N-HSQC evidenciam que há resíduos adicionais perturbados na β-strand S3 no caso do complexo Gal-3/LacdiNAc. A estrutura de raios-X do complexo Gal-3/LacdiNAc confirma as modificações nesta região da proteína, mostrando que o LacdiNAc induz uma conformação alternada da cadeia lateral da R144. A conformação R144B, ausente no caso do complexo com LacNAc, media uma ponte de hidrogénio com o grupo N-acetil do GalNAc do LacdiNAc, e aumenta a residência de uma molécula de água (W2) que estabelece uma rede de pontes de hidrogénio que envolve o grupo N-acetil do GalNAc, a ligação glicosídica do LacdiNAc e a R144B.
Descrição
Palavras-chave
Interações glicano-lectina MGL Espetroscopia de RMN MGL Gal-3 Cancro Carbohydrate-lectin interactions NMR Spectroscopy Cancer