Caracterización matemática de la unión de la proteína PfNBP-1 al eritrocito mediante la aplicación de la probabilidad y entropía

Caracterización matemática de la unión de la proteína PfNBP-1 al eritrocito mediante la aplicación de la probabilidad y entropía

Javier Rodríguez Velásquez, Catalina Correa Herrera, Germán Forero-Bulla, Jessica Mora Villarraga, Sarith Vitery Erazo, Fredy López García, Viviana Torres Ballesteros, Diana Pineda Bayona, Nichole Rojas Chaverra, Simha Ramírez

Resumen

Resumen

Objetivo: Estudiar la proteína Plasmodium falciparum Normocyte Binding Protein-1 (PfNBP-1), partiendo de un método de caracterización físico-matemática desarrollado previamente para péptidos de alta unión del merozoito de malaria al eritrocito. Materiales y métodos: Se tomaron 21 péptidos con tamaño de 20 aminoácidos no sobrelapados de los cuales dos son de alta unión, se cuantificó la frecuencia de aparición de los 20 aminoácidos esenciales en cada posición y se calculó la probabilidad, sumatoria de probabilidad y la entropía con el objetivo de diferenciar matemáticamente los péptidos de alta y baja unión. Posteriormente se calcularon los mismos valores para péptidos teóricos análogos, en los que fueron cambiados por glicinas los aminoácidos críticos confirmados experimentalmente. Resultados: Los péptidos de PfNBP-1 comprobados experimentalmente de alta unión, presentaron valores de probabilidad, sumatoria de probabilidad y entropía ubicados dentro del macroestado de unión y sus péptidos teóricos análogos presentaron resultados que se diferenciaban cada vez más del macroestado de unión a medida que se reemplazaban aminoácidos críticos por glicinas. En cuanto a las secuencias de no unión de PfNBP-1, se encontró que los valores calculados son diferentes a los asociados al macroestado de unión, comprobando que en el 100 % de casos estudiados es posible diferenciar los péptidos de no unión y alta unión matemáticamente. Conclusiones: La probabilidad y la entropía permiten caracterizar adecuadamente los péptidos de alta unión de PfNBP-1, y evidenciar el orden matemático subyacente al proceso de unión de proteínas de malaria.

 Abstract

Objective: To study the Plasmodium falciparum Normocyte Binding Protein-1 (PfNBP-1) based on a of physicalmathematical characterization method previously developed for high binding peptides of malaria merozoite to erythrocyte. Materials and methods: 21 non overlapped peptides with size of 20 amino acids, including two of high binding were taken; the frequency of occurrence of the 20 essential amino acids in each position was quantified and probability, summation of probability and entropy were calculated in order to mathematically differentiate high and low binding peptides. Later the same values were calculated for theoretical analogs peptides, where the critical amino acids confirmed experimentally were changed by glycine. Results: The experimentally validated high binding peptides of PfNBP-1 showed values of probability, summation of probability and entropy located within the binding macrostate peptides and their theoretical analogues peptides presented results that differed increasingly of the binding macrostate as critical amino acids were replaced by glycine. For the PfNBP-1 sequences of non-binding, it was found that the calculated values are different from those associated with the macrostate of binding and it was verified that in 100% of studied cases it is possible to mathematically differentiate binding and non-binding peptides. Conclusions: The probability and entropy allow to adequately characterize the high-binding peptides of PfNBP-1 and show the mathematical order underlying the process of protein binding of malaria to the erythrocyte.

Palabras clave

Eritrocito; sitios de unión; péptidos; probabilidad; Erythrocyte; binding sites; peptides; probability

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Referencias

World Health Organization. 10 facts on malaria. Disponible en: http://www.who.int/features/factfiles/malaria/en/index.html; 2010.

Shuman EK. Global climate change and infectious diseases. New England Journal of Medicine. 2010;362(12):1061-1063.

Chitnis CE, Blackman MJ. Host cell invasion by malaria parasites. Parasitology Today. 2000;16(10):411-415.

Botero D, Restrepo M. Parasitosis humanas. 4ª ed. Corporación para Investigaciones Biológicas, Medellín, 2003. 156 p. p. 164-168.

Aikawa M, Miller LH, Johnson J, Rabbege J. Erythrocyte entry by malarial parasites. A moving junction between erythrocyte and parasite. The Journal Cell Biology. 1978;77:72-82.

Hadley TJ, Klotz FW, Miller LH. Invasion of erythrocytes by malaria parasites: a celular and molecular overview. Annual Review of Microbiology. 1986; 40:451-477.

Rayner CJ, Vargas E, Huber S, Galinski MR, Barnell JW. Plasmodium falciparum homologue of Plasmodium vivax reticulocyte binding protein (PvRBP1) defines a trypsin-resistant erythrocyte invasion pathway. The Journal Experimental Medicine. 2001;194:1571–81.

Valbuena J, Vera R, Garcı́a J, Puentes A, Curtidor H, Ocampo M, et al. Plasmodium falciparum normocyte binding protein (PfNBP-1) peptides bind specifically to human erythrocytes. Peptides. 2003;24(7):1007-1014.

Feynman RP, Leighton RB, Sands M. Probabilidad. En: Feynman RP, Leighton RB, Sands M. Física. Vol. 1. Wilmington: Addison-Wesley Iberoamerican S.A. 1964; p. 6-1, 6-16.

Laplace P. Ensayo filosófico sobre las probabilidades. Barcelona: Altaya; 1995.

Obregón I. La magia y belleza de las probabilidades. En: Obregón I. Magia y belleza de las matemáticas y algo de su historia. Intermedio Editores, Colombia, 2007:369. p. 113-128.

Matvéev A. Física molecular. Mir, Moscú. 1987.

Tolman RC. Principles of statistical mechanics. 1st ed., New York: Dover Publications; 1979.

Shannon CE. The mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal. 1948;27:379–423, 623-656.

Frodden E, Royo J. Entropía e Información, Seminario final del curso de termodinámica, Depto. de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile, 2004.

Rodríguez J. Caracterización física y matemática de péptidos de alta unión de MSP-1 mediante la aplicación de la teoría de la probabilidad y la entropía. Archivos Alergia Inmunología Clínica. 2008a:39(2):74-82.

Rodríguez J, Correa C, Prieto S, Puerta G, Vitery S, Bernal P, et al. Aplicación de la probabilidad y la entropía a la proteína EBA-140. Caracterización matemática de péptidos de alta unión. Inmunología. 2009a:28(2):65-73.

Rodríguez J, Correa C, Prieto S, Cardona D, Vitery S, Puerta G, et al. Caracterización física y matemática de péptidos de alta unión de MSA- 2. Aplicación de la teoría de la probabilidad y la entropía. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. 2009b;33(129):549-557.

Rodríguez J. Proportional Entropy of the cardiac dynamics in CCU patients. 7th International Meeting Intensive Cardiac Care. Tel Aviv, Israel. 2011a.

Zhao B, Sakharkar KR, Lim CS, Kangueane P, Sakharkar MK. MHC-Peptide binding prediction for epitope based vaccine design. International Journal of Integrative Biology. 2007;1(2):127.

Lundegaard C, Lund O, Kes C, Brunak S, Nielsen M. Modeling the adaptive immune system: predictions and simulations. Bioinformatic. 2007;23(24):3265–3275.

Fernández A. Introducción. En: Rañada A. Orden y Caos. Prensa científica S.A, Barcelona. 1990.

Rodríguez J. Teoría de unión al HLA clase II teorías de probabilidad combinatoria y entropía aplicadas a secuencias peptídicas. Inmunología. 2008b;27(4):151-166.

Rodríguez J. Entropía proporcional de los sistemas dinámicos cardiacos: Predicciones físicas y matemáticas de la dinámica cardiaca de aplicación clínica. Revista Colombiana de Cardiología. 2010a;17:115-129.

Rodríguez J, Prieto S, Bernal P, Pérez C, Álvarez L, Bravo J, et al. Predicción de la concentración de linfocitos T CD4 en sangre periférica con base en la teoría de la probabilidad. Aplicación clínica en poblaciones de leucocitos, linfocitos y CD4 de pacientes con VIH. Infectio.2012a;16(1):15-22.

Rodríguez J, Prieto S, Correa C, Posso H, Bernal P, Puerta G, et al. Generalización fractal de células preneoplásicas y cancerígenas del epitelio escamoso cervical. Una nueva metodología de aplicación clínica. Revista Facultad de Medicina. 2010b; 18(2):173-181.

Rodríguez J, Prieto S, Correa C, Bernal P, Puerta G, Vitery S, et al. Theoretical generalization of normal and sick coronary arteries with fractal dimensions and the arterial intrinsic mathematical harmony. BMC Medical Physics. 2010c:10(1):1-6.

Rodríguez J. Mathematical law of chaotic cardiac dynamic: Predictions of clinic application. Journal of Medical and Medical Science. 2011b:2(8):1050-1059.

Rodríguez J, Prieto S, Correa C, Bernal P, Forero G, Vitery S, et al. Diagnóstico fractal del ventriculograma cardiaco izquierdo: Geometría fractal del ventriculograma durante la dinámica cardiaca. Revista Colombiana de Cardiología. 2012b:19(1):18-24.

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