Моделирование процесса связывания ингибитора с каталитическим центром протеинкиназы C-η методом молекулярной динамики

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СВЯЗЫВАНИЯ ИНГИБИТОРА С КАТАЛИТИЧЕСКИМ ЦЕНТРОМ ПРОТЕИНКИНАЗЫ C-η МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ

, ,

Пятигорский медико-фармацевтический институт - филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России, г. Пятигорск

Цель. Одним из ключевых факторов в патогенезе эндотелиальной дисфункции является снижение активности NO-синтазы (eNOS). Среди различных молекулярных механизмов повышения активности eNOS одним из наиболее значимых является ингибирование протеинкиназы C (PKC) [1]. Т. к. субстратом данного фермента является АТФ, сайт связывания АТФ фермента PKC становится одним из перспективных объектов молекулярного докинга и может быть использован для поиска веществ, обладающих эндотелиопротекторной активностью. Целью данного исследование было изучение динамики процесса связывания АТФ и ингибитора PKC нафтиридина с сайтом связывания АТФ.

Материалы и методы. С использованием метода молекулярно-динамического докинга (МДД) была осуществлена оценка связывания исследуемых производных хиназолинона с активным центром протеинкиназы C-η. Для проведения расчетов была использована программа Biophysical Studio. Учитывая тот факт, что ингибирование связывания АТФ с каталитическим центром PKC ведет к снижению активности данного фермента, в качестве мишени для МДД был выбран сайт связывания АТФ каталитической субъединицы протеинкиназы C. Моделирование проводилось в области пространства ограниченного сферой с радиусом 1,8 нм. Для учета влияния растворителя использовалось непосредственное моделирование молекул воды. Водное окружение молекулы PKC создавалось с использованием сервиса http://www. charmm-gui. org/?doc=input/solvator. Моделирование проводилось под управлением термостата Берендсена. При этом температура лиганда менялась в процессе моделирования. Этап нагревания до 310 К длился 1 пс, этап уравновешивания – 5 пс и этап имитации отжига 44 пс. При имитации отжига вращательный компонет температуры лиганда снижался от 3000К до 310 К, а поступательный компонент – от 5000 К до 310 К. Внутренний компонент температуры лиганда, температура белковых цепей и воды поддерживалась на уровне 310 К в течение всего этапа имитации отжига. Основываясь на ранее полученных результатах молекулярного докинга [2], для анализа взаимодействия лиганда с рецептором были выбраны аминокислоты Lys-384, Asp-483 и Leu-486. При этом оценивались энергии взаимодействия лигандов с данным набором аминокислот в течение всего времени моделирования. МДД в сочетании с данным анализом были проведены для молекул АТФ и ингибитора PKC – нафтиридина [2] (рисунок 1).

Рисунок 1 – Расположение ингибитора PKC – нафтиридина в сайте связывания АТФ протеинкиназы C-η по данным рентгеноструктурного анализа [2]

Для оценки взаимодействия лигандов с сайтом связывания вычислялось произведение модулей энергии взаимодействия с аминокислотами Lys-384, Asp-483 и Leu-486. Таким образом оценивалась интенсивность взаимодействия с тремя данными аминокислотами одновременно.

Результаты и их обсуждение

Полученные в результате анализа молекулярной динамики нафтиридина и АТФ в сайте связывания данные свидетельствуют о том, что интенсивность взаимодействия ингибитора PKC нафтиридина с активным центром АТФ выше, чем у АТФ (рисунок 2).

А	Б

Рисунок 2 – Динамика произведений модулей энергий взаимодействия АТФ (А) и нафтиридина (Б) с аминокислотами сайта связывания АТФ.

Таким образом, результаты моделирования динамики подтверждают способность нафтиридина ингибировать фермент PKC.

Выводы. Данная методика проведения моделирования динамики взаимодействия лиганда с активным центром PKC, а так же метод анализа результатов могут в совокупности быть использованы для поиска новых веществ с эндотелиопротекторной активностью.

Список источников литературы:

1. Freeley M., Kelleher D., Long A. Regulation of protein kinase C function by phosphorylation on conserved and non-conserved sites // Cell Signal. 2011. V. 23. P. .

2. Van Eis M. J. et al. 2,6-Naphthyridines as potent and selective inhibitors of the novel protein kinase C isozymes // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2011. V. 21. P. 7

3. , Глушко математическая модель для прогнозирования эндотелиопротекторной активности веществ на основе молекулярного докинга // Вопр. биол., мед. и фарм. хим. 2013. Т. 3. С.