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Type: Dissertação
Title: Simulação de dinâmica molecular de um modelo de CAR em interação com o CD19, marcador de células cancerosas
Title in English: Molecular Dynamics Simulation of a CAR model in interaction with CD19, a cancer cell marker
Authors: Oliveira, Natália Fernandes Frota
Advisor: Lourenzoni, Marcos Roberto
Keywords: CAR-T;CD19;Dinâmica molecular
Issue Date: 2020
Citation: OLIVEIRA, Natália Fernandes Frota. Simulação de dinâmica molecular de um modelo de CAR em interação com o CD19, marcador de células cancerosas. 2020. 127 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia de Recursos Naturais) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Abstract in Brazilian Portuguese: Os receptores de antígeno quiméricos (CARs) são constituídos por três componentes: um domínio extracelular, um domínio transmembrana e um domínio intracelular. Esses receptores podem ser introduzidos em células T humanas para redirecionar a especificidade ao antígeno e melhorar a função na imunoterapia passiva. O domínio extracelular é o domínio responsável pelo reconhecimento de antígeno, que geralmente é formado por um single chain fragment variable (scFv); e um espaçador (hinge). O domínio transmembrana tem como principal função conectar os domínios extra e intracelular do CAR e, assim como o hinge, pode influenciar na função efetora da célula CAR T. O domínio intracelular é a porção ativadora de células T, formada geralmente de CD3-ζ. A imunoterapia utilizando células CAR-T anti-CD19 é um tratamento efetivo para leucemias e linfomas que acometem células B. O CD19 é expresso nas células B malignas e, por esse motivo, é um potente marcador de células cancerosas. O objetivo desse trabalho foi obter informações estruturais, através de simulação de Dinâmica Molecular, relacionadas ao mecanismo de sinalização em um modelo de CAR, inserido em um modelo de membrana de células T. Estruturas tridimensionais dos componentes do CAR foram obtidas por Modelagem Comparativa e submetidos a simulações de Dinâmica Molecular (DM). As estruturas do scFv, hinge, domínio transmembrana e intracelular foram unidas para formar o CAR e submetidas a DM. As DMs foram conduzidas usando o pacote GROMACS e o campo de força utilizado para descrever as interações atômicas foi o CHARMM36. As análises de distância, ângulo e PCA possibilitaram inferir um mecanismo de transdução de sinal no sistema CAR-CD19, que não foi observado no sistema CAR. A formação da interface hinge-scFv e a aproximação desse conjunto à membrana resulta em menor tensão na região de ligação hingetransmembrana, que permite a inclinação da α-hélice do domínio transmembrana. Essa inclinação perdura de 370 ns a 600 ns, momento que é observada mudança conformacional no domínio intracelular, ratificada pela rápida transição na curva de PC1. Essa sequência de eventos propõe um mecanismo de transdução de sinal na célula CAR T, que inicia na interação entre o CD19 e o scFv e ocasiona uma mudança conformacional do domínio intracelular, disponibilizando resíduos de tirosina do CD3-ζ para fosforilação e transmissão do sinal no interior da célula CAR T. As movimentações que levam às mudanças conformacionais sequenciais no CAR-CD19 estão em concordância com a função do CAR descrita na literatura. O mecanismo proposto ratifica mudanças conformacionais no domínio intracelular que é essencial para expor os sítios de fosforilação e a função do CD3-ζ, que possui papel na sinalização.
Abstract: Chimeric antigen receptors (CARs) consist of three components: an extracellular domain, a transmembrane domain, and an intracellular domain. These receptors can be introduced into human T cells to redirect antigen specificity and improve function in passive immunotherapy. The extracellular domain is the responsible for antigen recognition, which is usually formed by a single chain fragment variable (scFv); and a spacer (hinge). The main function of the transmembrane domain is to connect the extra and intracellular domains of CAR and, as well as the hinge, can influence the effector function of the CAR T cell. The intracellular domain is the activating portion of T cells, usually formed of CD3-ζ. Immunotherapy using anti-CD19 CAR-T cells is an effective treatment for leukemias and lymphomas affecting B cells. CD19 is expressed on malignant B cells and is therefore a potent marker of cancer cells. The objective was to obtain structural information, through molecular dynamics simulation, related to the signaling mechanism in a modeled CAR inserted in a T cell membrane model. The CAR components were modeled by Comparative Modeling and submitted to Molecular Dynamics (MD) simulations. The scFv, hinge, transmembrane and intracellular domain structures were joined to form the CAR and submitted to DM. DMs were conducted using the GROMACS package and the force field used to describe atomic interactions was CHARMM36. The distance, angle and PCA analyzes made it possible to infer the signal transduction mechanism in the CAR-CD19 system, which was not observed in the CAR system. The formation of the hinge-scFv interface and the approximation of this assembly to the membrane results in a reduction of the tension in the hinge-transmembrane binding region, which allows the α-helix bias of the transmembrane domain. This inclination lasts from 370 ns to ~ 600 ns, at which time a conformational change in the intracellular domain is observed, ratified by the rapid transition observed on the PC1 curve at 600 ns. This sequence of events proposes a signal transduction mechanism in the CAR T cell, dependent on the interaction between CD19 and scFv until the conformational change of the intracellular domain, providing CD3-iros tyrosine residues for phosphorylation and signal transmission inside. of the CAR T cell. The movements leading to sequential conformational changes in CAR-CD19 are in agreement with the CAR function described in the literature. The proposed mechanism ratifies conformational changes in the intracellular domain that is essential for exposing phosphorylation sites and the function of CD3-ζ, which plays a role in signaling.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50807
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