Interação entre macromoléculas biológicas sob a perspectiva dos spins eletrônicos

A marcação de spin sítio dirigida (SDSL) combinada com a espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) constitui uma ferramenta biofísica poderosa para investigar a dinâmica conformacional e estrutural de macromoléculas biológicas. Nesta apresentação, forneceremos uma visão geral de como a SDSL/EPR pode ser utilizada para extrair informações estruturais e dinâmicas de proteínas, peptídeos e fosfolipídios marcados com radicais nitróxidos paramagnéticos e como essas informações se relacionam com a função das proteínas/peptídeos. O estudo apresentado foca na interação dos peptídeos de fusão (FPs) do coronavírus SARS-CoV-2, causador da COVID-19, com modelos de membranas biológicas. Os FPs são domínios da proteína Spike do SARS-CoV-2 que desempenham um papel crucial na fusão das membranas viral e celular. Usando fosfolipídios marcados com radicais nitróxidos, mostramos, usando EPR de onda contínua, que os peptídeos FP e IFP (FP interno) aumentaram significativamente o empacotamento lipídico de membranas aniônicas, causando curvatura negativa e desidratação da membrana. As mudanças na hidratação da membrana foram confirmadas por espectroscopia de modulação do envelope do eco de spin eletrônico (ESEEM), uma técnica de EPR pulsada utilizada para monitorar a interação hiperfina dos lipídios marcados com os núcleos de deutério da água pesada circundante. As alterações na densidade espectral de ²H e na intensidade da interação quadrupolo entre o spin do elétron e o núcleo de ²H das moléculas de água não ligadas dentro da bicamada evidenciaram a redução do conteúdo de água intramembrana. Este efeito de desidratação induzido por FPs auxilia na redução da repulsão por hidratação entre duas bicamadas lipídicas, facilitando a fusão das membranas. Adicionalmente, medimos o acoplamento dipolar spin-spin entre duas sondas paramagnéticas ligadas aos FPs para investigar mudanças conformacionais usando experimentos de Ressonância Eletrônica Dupla (DEER). As distribuições de distância obtidas através desta técnica de EPR pulsada são compatíveis com uma conformação α-helicoidal do IFP na presença das membranas. Já o FP mostrou uma ampla distribuição de distâncias em todos os miméticos de membrana e uma alta tendência à formação de estruturas compactas do tipo fitas-β. Nossos resultados contribuem para a compreensão das conformações e propriedades de agregação dos peptídeos de fusão e para o entendimento do mecanismo de fusão de membranas induzido pela proteína Spike do SARS-CoV-2.