Secuencia evolutiva y base estructural para los distintos paisajes conformacionales de las quinasas de Tyr y Ser/Thr

Resumen Las quinasas de proteínas son máquinas moleculares con rica variación en la secuencia que distingue las dos principales ramas evolutivas: las quinasas de tirosina (TKs) de las quinasas de serina/treonina (STKs). Usando un modelo de energía estadística de co-variación de secuencia de Potts, concluimos anteriormente que los dominios catalíticos de TK son más propensos que los de STK a adoptar una conformación inactiva con el bucle de activación en una conformación autoinhibitoria "plegada", debido a efectos intrínsecos de la secuencia. Aquí investigamos la base estructural de este fenómeno integrando el modelo basado en secuencia con la dinámica molecular (MD) basada en estructura para determinar los efectos de las mutaciones en la diferencia de energía libre entre las conformaciones activa e inactiva, utilizando un nuevo ciclo termodinámico que involucra muchas (n=108) simulaciones de perturbación de energía libre de proteína-mutación (FEP) en las conformaciones activa e inactiva. Los resultados basados en secuencia y estructura son consistentes y apoyan la hipótesis de que la conformación inactiva "DFG-out Activación Bucle Plegado" es un estado regulador funcional que se ha estabilizado en TKs en relación con STKs a lo largo de su evolución a través de la acumulación de sustituciones de residuos en el bucle de activación y el bucle catalítico que facilitan distintos modos de unión al sustrato en trans y modos adicionales de regulación en cis para TKs.