Conformational properties of a fragment (amino acids 92-100) of the first extracellular loop of the AT1 receptor of angiotensin II in solution and in the presence of model membranes

Foram examinadas as propriedades conformacionais de um peptídeo (YRWPFGNHL-NH2) presente na primeira alça extra-celular do receptor AT1 do hormônio angiotensina II. Espectros de dicroísmo circular (CD) e fluorescência foram obtidos em solução aquosa (em função do pH e da temperatura), na presença de um solvente indutor de estrutura secundária (trifluoroetanol, TFE), e na presença de micelas carregadas negativamente (dodecil sulfato de sódio, SDS) ou zwitteriônicas (N-hexadecil-N,N-dimetil-3-amônio-1-propano sulfonato, HPS e lisofosfatidilcolina, liso-PC), e de bicamadas contendo um fosfolipídio zwitteriônico (1-palmitoil-2-oleoil fosfatidilcolina, POPC) ou uma mistura de POPC e um fosfolipídio carregado negativamente (ácido l-palmitoil-2-oleoil fosfatídico, POPA). O estudo por calorimetria de titulação permitiu analisar a termodinâmica da ligação. Espectros de CD indicaram uma estrutura flexível em solução aquosa, modulada pelo pH e pela temperatura. Na presença de TFE, de micelas, e de vesículas de POPC:POPA o peptídeo adquire estrutura secundária, sugerindo a presença de uma dobra beta. Espectros de fluorescência intrínseca (W3) mostraram um deslocamento do comprimento de onda máximo de emissão (λmax) para o azul na presença de micelas e de vesículas de POPC:POPA. Observou-se também um aumento da intensidade de fluorescência, exceto no caso de SDS. Esses resultados indicaram que o peptídeo interagiu com os agregados. Não se observou alteração da fluorescência na presença de POPC. Medidas de anisotropia de fluorescência mostraram que, quando ligado, o peptídeo toma-se mais imobilizado. Estudos de supressão de fluorescência empregando agentes supressores aquossolúveis e de membrana sugeriram que o W3 localiza-se próximo à interface bicamada-água. Os resultados mostraram que o peptídeo se liga a micelas zwitteriônicas e negativas, enquanto que, no caso de bicamadas (mais empacotadas), a ligação depende da presença de cargas negativas. Experimentos de calorimetria mostraram que o ΔH de ligação do peptídeo a vesículas é negativo, compatível com a ocorrência de interações eletrostáticas. Foram observadas diferenças qualitativas e quantitativas na ligação do peptídeo às micelas de HPS e liso-PC. A fim de examinar se essas diferenças eram devidas ao empacotamento molecular, foram obtidos espectros de ressonância paramagnética eletrônica de marcadores de spin intercalados nos dois sistemas. Diferenças foram observadas principalmente na região da cabeça polar, as quais poderiam ser responsáveis pela diferença de comportamento do peptídeo em ambos os agregados. Os resultados obtidos para a primeira alça extra-celular do receptor AT1 indicam que a sua conformação pode ser modulada pelo pH e pela polaridade do ambiente, que ela pode interagir com a membrana através de interações hidrofóbicas e eletrostáticas, e ainda que essa interação depende do grau de empacotamento da fase lipídica. Esses resultados estão de acordo com a visão de que domínios extra-membranares de GPCRs situam-se na interface membrana-água. As alterações conformacionais induzidas pelo meio, bem como pela interação entre domínios extra-membranares de GPCRs e a fase lipídica ou pela ligação do agonista, poderiam ter um papel no mecanismo molecular de transdução de sinal.In this work the conformational properties of a peptide (YRWPFGNHL-NH2) whose sequence is present in the first extra-cellular loop of the angiotensin II AT1 receptor were examined. Circular dichroism (CD) and fluorescence spectra were obtained in aqueous solution (as a function of pH and temperature), in the presence of a secondary structure inducing solvent (trifluoroethanol, TFE), and in the presence of negatively charged (sodium dodecyl sulfate, SDS) or zwitterionic (N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propane sulfonate, HPS and lysophosphatidylcholine, liso-PC) micelles, and of bilayers containing a zwitterionic phospholipid (l-palmitoyl-2-oleoyl phosphatidylcholine, POPC) or a mixture of POPC and a negatively charged phospholipid (l-palmitoyl-2-oleoyl phosphatidic acid, POPA). Studies of titration calorimetry allowed the analysis of the binding thermodynamics. CD spectra indicated a flexible structure in aqueous solution, which was modulated by pH and temperature. In the presence of TFE, micelles and of POPC:POPA vesicles, the peptide acquired secondary structure, which is suggestive of a β turn. The intrinsic fluorescence spectra (W3) showed a blue-shift of the maximum emission wavelenght (λmax) in the presence of micelles and of POPC:POPA vesicles. An increase in fluorescence intensity was also observed, except in the case of SDS. These results indicated that the peptide interacted with the aggregates. No fluorescence changes were observed in the presence of POPC. Fluorescence anisotropy measurements showed that, when bound to the aggregates, the peptide becomes more immobilized. Fluorescence quenching studies using water soluble and membrane-bound quenchers suggested that W3 is located close to the water-bilayer interface. The results showed that the peptide binds to negativelly charged and zwitterionic micelles, while in the case of bilayers (which are more tightly packed) the binding depends on the presence of negative charges. Titration calorimetry showed that ΔH of peptide binding to the vesicles is negative, which is compatible with the ocurrence of eletrostatic interactions. Qualitative and quantitative differences in binding of the peptide to HPS and liso-PC micelles were observed. In order to examine whether these differences were due to molecular packing, electron paramagnetic resonance spectra of spin labels intercalated in both systems were obtained. Differences were observed, mainly in the polar head group region, that could be responsible for the different behaviour displayed by the peptide in both aggregates. The results obtained for the first extra-cellular loop of the AT1 receptor indicated that its conformation can be modulated by pH and by the polarity of the medium, and that it can interact with the membrane through hydrophobic and electrostatic interactions, and also that this interaction depends on the molecular packing of the lipid phase. These results are in aggrement with the idea that the GPCRs extra-membrane domains are located at the water-membrane interface. Conformational changes induced by the medium, as well as by the interaction between extra-cellular segments and the membrane or by ligand binding, could play a role in the molecular mechanism of signal transduction