Em formação

É possível acoplar vários ligantes ao alvo?


É possível acoplar vários ligantes a um alvo? Em caso afirmativo, para que é usado o software adequado? - É possível fixar região de encaixe específica para o alvo (ou) automático?


Huameng Li e Chenglong Li fizeram acoplamento múltiplo de ligantes em dois (AFAIK) de seus trabalhos:

  1. Docking simultâneo de múltiplos ligantes: dança orquestrada de ligantes em locais de ligação de proteínas
  2. Projeto de droga visando interações proteína-proteína (PPIs) usando acoplamento simultâneo de múltiplos ligantes (MLSD) ...

O método é denominado Multiple Ligand Simultaneous Docking (MLSD). Não sou um especialista neste campo e você deve ler o primeiro artigo para obter detalhes sobre como eles implementaram isso. Este algoritmo foi implementado no AutoDock.


Ligante (bioquímica)

Em bioquímica e farmacologia, um ligando é uma substância que forma um complexo com uma biomolécula para servir a um propósito biológico. A etimologia deriva de Ligare, que significa 'ligar'. Na ligação proteína-ligante, o ligante é geralmente uma molécula que produz um sinal ao se ligar a um local em uma proteína alvo. A ligação normalmente resulta em uma mudança de isomerismo conformacional (conformação) da proteína alvo. Em estudos de ligação de DNA-ligante, o ligante pode ser uma pequena molécula, íon [1] ou proteína [2] que se liga à dupla hélice do DNA. A relação entre o ligante e o parceiro de ligação é uma função da carga, hidrofobicidade e estrutura molecular. A instância de ligação ocorre em um intervalo infinitesimal de tempo e espaço, portanto, a constante de taxa geralmente é um número muito pequeno.

A ligação ocorre por forças intermoleculares, como ligações iônicas, ligações de hidrogênio e forças de Van der Waals. A associação ou encaixe é na verdade reversível por dissociação. A ligação covalente mensurável e irreversível entre um ligante e a molécula alvo é atípica em sistemas biológicos. Em contraste com a definição de ligante na química metalorgânica e inorgânica, na bioquímica é ambíguo se o ligante geralmente se liga a um sítio de metal, como é o caso da hemoglobina. Em geral, a interpretação do ligante é contextual no que diz respeito a que tipo de ligação foi observada.

A ligação do ligante a uma proteína receptora altera a conformação, afetando a orientação da forma tridimensional. A conformação de uma proteína receptora compõe o estado funcional. Os ligantes incluem substratos, inibidores, ativadores, lipídios de sinalização e neurotransmissores. A taxa de ligação é chamada de afinidade e esta medida tipifica uma tendência ou intensidade do efeito. A afinidade de ligação é atualizada não apenas por interações hospedeiro-hóspede, mas também por efeitos de solvente que podem desempenhar um papel estérico dominante que conduz a ligação não covalente em solução. [3] O solvente fornece um ambiente químico para que o ligante e o receptor se adaptem e, assim, aceitem ou rejeitem um ao outro como parceiros.

Os radioligandos são compostos marcados com radioisótopos usados ​​in vivo como traçadores em estudos de PET e para estudos de ligação in vitro.


Destaques

A biologia estrutural permitiu a identificação e caracterização detalhada de seis locais distintos de ligação do ligante na tubulina. Dois locais são direcionados por agentes estabilizadores de microtúbulos (MSAs) e quatro locais são direcionados por agentes desestabilizadores de microtúbulos (MDAs).

Os MSAs estabilizam os microtúbulos fortalecendo os contatos laterais e / ou longitudinais da tubulina nos microtúbulos. Os MDAs desestabilizam os microtúbulos inibindo a formação de contatos de tubulina nativa ou impedindo a mudança conformacional curva para reta da tubulina que acompanha a formação de microtúbulos.

Diferentes tipos de agentes anticâncer que foram inicialmente desenvolvidos contra quinases foram encontrados para se ligar também à tubulina como um alvo fora do alvo.

Agentes direcionados aos microtúbulos (MTAs), como o paclitaxel e os alcalóides da vinca, estão entre as armas médicas mais importantes disponíveis para combater o câncer. Os MTAs interferem no transporte intracelular, inibem a proliferação de células eucarióticas e promovem a morte celular pela supressão da dinâmica dos microtúbulos. Avanços recentes na análise estrutural de MTAs permitiram a extensa caracterização de suas interações com microtúbulos e sua tubulina de bloco de construção. Revisamos aqui nosso conhecimento atual sobre os mecanismos moleculares usados ​​pelos MTAs para sequestrar o citoesqueleto dos microtúbulos e discutir inibidores duplos que têm como alvo as quinases e os microtúbulos. Além disso, formulamos algumas questões pendentes relacionadas à biologia estrutural do MTA e apresentamos possíveis rotas para futuras investigações desta fascinante classe de agentes antimitóticos.


Resultados e discussão

Novas classes de drogas modificadoras de doenças e seus alvos associados são muito importantes para estudar a relação estrutura-atividade. A presença de um chumbo de droga nas proximidades de uma bolsa ativa de um local alvo irá mostrar uma melhor eficácia biológica quando comparada a um chumbo de droga que não está nas proximidades. No entanto, a afinidade de ligação de moléculas de ligante e alvo associadas de longo alcance pode ser adaptada de várias maneiras: (1) otimizando as interações intermoleculares fracas, (2) criando o bolso ativo no qual o ligante se liga, (3) criando os farmacóforos ou direcionalidade de ligação de ligante, (4) ou presença de íons ou átomos pesados ​​na interface ligante-alvo. Se qualquer um desses casos ocorrer, a eficácia do ligante (um composto semelhante a uma droga) deverá mudar ( Figura 1 )? Compostos multi-direcionados são ligantes de baixa afinidade e podem se tornar mais proeminentes para um alvo específico, desde que sejam expostos a um grupo funcional externo conformacionalmente favorecido [28]. Também foi relatado que a afinidade de ligação é uma função da estabilidade da formação do complexo ligante-alvo e otimiza ainda mais as novas ligações que afetam a atividade biológica de uma molécula complexa. Isso foi observado recentemente com o zanamivir relacionado com dihidropirancarboxiamidas [29]. Considerando essas descobertas, estudos de docking de compostos de 1H-pirazolo [3, 4-d] pirimidina substituídos com 4 amino em c-Src e c-Abl quinases associadas a interações hidrofóbicas fracas foram analisados. Os resultados apresentados neste artigo fornecem uma nova abordagem baseada em silico para projetar chumbo de droga no núcleo hidrofóbico da interface da proteína & # x02013ligand. As atividades biológicas determinadas experimentalmente das moléculas do inibidor estão alinhadas com o que foi calculado in-silico.

Análise de Campo Molecular (MFA)

Desde 1991, o campo da descoberta de drogas tem usado a abordagem Quantitative Structure-Activity-Relationship (QSAR) para otimizar as ligações de drogas [30]. Este método foi usado com sucesso em estudos com foco em moléculas de materiais, biopolímeros e interações antígeno-anticorpo [30] e # x02013 [32]. A equação QSAR foi gerada usando um valor de campo de 700 pontos de grade, com dimensões de grade x (& # x0221210.883, 7.117), y (& # x022126.401, 11.599), z (& # x022126.520, 5.480), for Molecular Field Analysis (MFA). Trinta e nove compostos de derivados ativos 4-amino-substituídos foram tomados como conjunto de treinamento e uma equação QSAR foi gerada para c-Src e c-Abl quinase. Esta equação QSAR foi posteriormente randomizada e validada cruzada usando os dados residuais adquiridos de todos os modelos. Observamos uma concordância muito boa entre a atividade real e prevista na unidade de Ki e um bom alinhamento de todas as trinta e nove moléculas do conjunto de treinamento (Tabela S1) No conjunto de treinamento, é visto que aumentando o tamanho do R cadeia diminui a atividade, como visto em 2 e 39, que são menos biologicamente ativos do que os compostos 28. A presença de elementos eletronegativos em compostos 19 e 20 mostra melhor atividade do que em compostos 11 e 13. Em c- Src o grupo mais volumoso no R2 posição parece diminuir em atividade. O aumento no tamanho de R1 mostra um aumento na atividade de c-Src. No entanto, os resultados são inversos no caso de c-Abl como visto no composto 12. A observação quantitativa de MFA e a análise estrutural mostraram que Leu 273, Thr 338 e Leu 393 são aminoácidos que são conservados na bolsa de ligação hidrofóbica de c-Src, enquanto Leu 248, Tyr 253, Ala 269, Gly 321, Leu 370 e Phe 382 são conservados em c-Abl ( Fig. 3A e Fig. 3B ).

(A) Um modelo em bastão de inibidores ativos 1, 12, 19 e 28 ancorados em c-Src com aminoácidos hidrofóbicos conservados é mostrado. (B) É mostrado o modelo stick dos inibidores ativos 1, 12, 19 e 28 ancorados em c-Abl com aminoácidos hidrofóbicos conservados. (C) Alinhamento de aminoácidos hidrofóbicos observado na interface de c-Src (PDB ID 1Y57), c-Abl (PDB ID 1M52) e inibidores funcionalmente importantes, conforme listado na Tabela S1: (1, 12, 19 e 28). Em figura (B) e (C), a estrutura foi alinhada usando COOT [43] e a figura foi feita pelo programa PyMOL.

Com base na equação QSAR, as atividades biológicas do conjunto de teste foram calculadas para 103 compostos. As 20 moléculas com melhor pontuação foram selecionadas a partir das conformações de acerto classificadas no topo, com um valor de coeficiente de correlação (r 2) de 0,936 para c-Src e 0,975 para o modelo c-Abl. A função de pontuação das 20 principais moléculas do conjunto de teste está listada em Tabela S2. No entanto, a fim de comparar as alterações conformacionais com a atividade biológica, este estudo analisou apenas os compostos com altos e baixos valores de pontuação para c-Src e c-Abl. Os principais aminoácidos responsáveis ​​pelas interações são mencionados em Fig. 3C . Um resumo dos resultados do MFA está listado em tabela 1 . Foi observado a partir do conjunto de teste que a molécula 4 pode ser um inibidor duplo, pois apresentou melhor atividade biológica para c-Src e c-Abl. Esses resultados podem ser devido à presença de para-flúor no R2 posição. Na molécula c-Src 1, que tem uma substituição de cloro fenil no R2 cadeia lateral mostra atividade biológica ideal, onde como molécula 13 é visto como o composto menos ativo tendo o grupo volumoso em R1 cadeia lateral. Mas no ligante c-Abl, a ocorrência de bromo e flúor no R2 posição é a mais ativa. Foi relatado que a afinidade de ligação associada ao flúor é notavelmente diferente da afinidade de ligação associada a outros halogênios, como Cl, Br, I [11]. Assim, pode-se inferir que a substituição do halogênio no R2 posição tem um efeito profundo no Keu valores. Esta previsão in-silico de ter átomo pesado na interface de alvo do ligante & # x02013 que otimiza as interações hidrofóbicas e altera a atividade funcional para um alvo específico é evidenciada pelos resultados experimentais. No Fig. 4A mostra a presença de um átomo de metal ancorado, enquanto Fig. 4B mostra a presença de um átomo de sulfato determinado cristalograficamente. Depois de sobrepor um modelo encaixado na estrutura do cristal, ele foi observado em Fig. 4C que o átomo ancorado está localizado na mesma parte da estrutura cristalina onde o sulfato está posicionado. Este sulfato está estabilizando o núcleo hidrofóbico do complexo c-Src & # x02013ligand.

(UMA) O átomo pesado foi encaixado entre o ligante e o aminoácido hidrofóbico em c-Src. (B) O grupo sulfato estava na interface do ligante e do aminoácido hidrofóbico. (C) Sobreposta à estrutura (A) e (B). Todas as três figuras foram feitas pelo programa PyMOL.

Tabela 1

Resultados MFAc-Srcc-Abl
r 2 0.9360.975
Nobs37.00036.000
Nvars15.00015.000
LSE (erro de menor quadrado de ajuste)0.2830.46
R (coeficiente de correlação)0.9680.987
BS r 2 0.9170.767
PRESSIONE47.93968.594
Dep SD163.93866.037
Média de Dep2.6950.789

Análise de sites funcionais

O rmsd geral de C & # x003b1 das estruturas c-Src (PDB ID 2H8H) e c-Abl (PDB ID 2FO0) sobrepostas usando o programa CCP4i é & # x0003e10 & # x000c5, isso indica que não há esperança de considerar um classe de grupos químicos ou compostos semelhantes a drogas como inibidores duplos. Apesar desta grande mudança no rmsd, o enovelamento da proteína no sítio funcional do c-Src e c-Abl tem uma similaridade estrutural muito boa, o que ajuda os inibidores substituídos com 4-amino a reconhecer os sítios de ligação de ambos os genes. Esta orientação do ligando-alvo funcionalmente importante foi confirmada por duas abordagens. Na primeira abordagem, a estrutura de cristal de raios-X de c-Src (PDB ID 2H8H) e c-Abl (PDB ID: 2FO0) onde o ligante para c-Src, quinazolina e c-Abl, 6- (2,6 -Diclorofenil) -2- <[3- (Hidroximetil) Fenil] amino> - 8-Metilpirido [2,3-D] Pirimidin-7 (8H) -One) estavam ligados na ranhura superficial das proteínas. O acoplamento de compostos substituídos com 4-amino foi realizado na estrutura da proteína removida pelo ligando. Foi previsto que todos os ligantes acoplados estão encontrando a mesma posição onde as moléculas estruturalmente predeterminadas estão no lugar. Usando essa abordagem, descobrimos que apenas uma posição pré-determinada foi suficiente para analisar os diferentes parâmetros de entalpia ou entropia dos ligantes. A segunda abordagem envolveu o encaixe aleatório dos compostos substituídos em 4-amino na estrutura da proteína removida pelo ligante de c-Src (PDB ID 2H8H) e c-Abl (PDB ID 2FO0). Nesta abordagem, fizemos o docking dos compostos substituídos com 4-amino de várias maneiras, como fixando a estrutura das proteínas c-Src e c-Abl e acoplando os ligantes flexíveis, ou vice-versa. Neste método, o Binding Site Protocol gerou vários locais de ligação esperados. Selecionamos o local com o volume máximo e comparamos com a estrutura de cristal ligada ao ligante. Em conclusão, a posição dos inibidores acoplados em c-Src (PDB ID 2H8H) e c-Abl (PDB ID 2FO0) parecia idêntica em ambas as abordagens. A atividade biológica, na forma de afinidade de ligação, também foi idêntica. Esses resultados são listados em Tabela S2. Analisando as orientações atômicas dos inibidores substituídos por 4-amino, observamos que o docking em sítios bioativos ligados ao ligante estruturalmente conhecido é mais definido do que avaliar o docking aleatório. Geralmente, o docking ocorre com base na forma e na complementaridade do ligante e da estrutura da proteína. O Ligand é livre para girar e traduzir todos os sites de destino com parâmetros discretos fixos, como área de contato e volume do site ativo. No entanto, a possibilidade de obter uma melhor conformação e especificidade atômica é mais precisa na primeira abordagem do que na segunda abordagem, onde tanto os ligantes quanto os alvos são dinâmicos.

Além disso, para uma pequena molécula ligada de baixa afinidade reconhecer múltiplos alvos, a similaridade estrutural no núcleo ativo dos locais alvo também desempenha um papel crucial. A estrutura sobreposta de c-Src e c-Abl prevê a diferença na conformação geral de uma estrutura de proteína, mas os locais de ligação dos ligantes para o inibidor duplo substituído por 4-amino parecem estruturalmente idênticos ( Fig. 2B ) A estrutura da proteína ligada ao ligante no local de ligação da estrutura modelada e a estrutura de raios-X determinada cristalograficamente foram comparadas. Uma homologia estrutural idêntica na interface de ligação foi prevista ( Fig. 4A e Fig.4B ) O modelo sobreposto e a estrutura de raios-X previram a posição idêntica da molécula ancorada no sítio ativo. Isso foi observado a partir da posição do grupo de sulfato determinado cristalograficamente e dos íons metálicos encaixados computacionalmente ( Fig. 4C ) Este íon de metal ancorado otimiza as interações hidrofóbicas no dispêndio de ligações de hidrogênio. Essas interações hidrofóbicas modificadas aumentam a afinidade de ligação e a atividade biológica de moléculas complexas e ajudam a estabilizar os ambientes bioquímicos dos complexos alvo-droga.

Análise de ligações de hidrogênio

A importância das ligações de hidrogênio na afinidade de ligação de uma droga-alvo foi amplamente descrita [33]. Onde, como as ligações de hidrogênio otimizam as interações hidrofóbicas, na interface proteína-ligante que aumenta a afinidade de ligação de moléculas complexas, não foi analisado adequadamente. Neste artigo, estudamos a contribuição relativa das ligações de hidrogênio e da interação hidrofóbica das moléculas ancoradas de compostos substituídos com 4-amino nos sítios de ligação de c-Src e c-Abl. Usando o software LigandFit, todos os 39 compostos substituídos com 4-amino acoplados conforme relatado [27] foram analisados ​​quanto à ligação de hidrogênio na interface de ligação de c-Src e c-Abl. O parâmetro padrão para a distância entre o doador de ligação de hidrogênio e o aceitador era 3,2 & # x000c5 e os ângulos do doador aceitador de prótons entre 120 & # x02013180 & # x000b0 foram selecionados, mas nenhuma ligação de hidrogênio, como C-H & # x02026O e O -H & # x02026O entre as moléculas acopladas e o bolso hidrofóbico das proteínas c-Src e c-Abl, foi observado ( Fig. 5A e Fig. 5B ) Todas as ligações de hidrogênio [33] & # x02013 [35] e interações hidrofóbicas foram analisadas usando o LigPlot [36]. Os mesmos resultados também foram observados na maioria dos softwares de docking, incluindo ZDOCK e CDOCKER. Uma mudança nas interações intermoleculares foi observada usando CDOCKER. Pequenas alterações na conformação e posição dos ligantes no sítio ativo de c-Src e c-Abl também foram observadas em compostos acoplados (1, 12, 19 e 28) usando software diferente como LigandFit, CDOCKER e ZDOCK (dados não mostrados) Depois de encontrarmos menos mudanças na conformação dos ligantes nos locais de encaixe, começamos a analisar manualmente as ligações de hidrogênio e observamos interação C-H & # x02026O fraca com uma distância H & # x02026O de & # x0003e1.85 & # x000c5. Este tipo de ligação de hidrogênio fraca pode ser quebrada e trocada por outro tipo de ligação, dependendo do ambiente químico no alvo, ligante e interface alvo-ligante.

(UMA) Representações bidimensionais de interações observadas entre c-Src e ligantes listados na Tabela S1: (1, 12, 19 e 28). (B) Representações bidimensionais de interações observadas entre c-Abl e ligantes listados na Tabela S1: (1, 12, 19 e 28). As ligações de hidrogênio são representadas com uma linha tracejada e as interações hidrofóbicas são mostradas como arcos. Ambas as figuras foram feitas usando o programa LIGPLOT.

Interações hidrofóbicas e atividade funcional

O número médio de átomos hidrofóbicos em drogas comercializadas é 16, com um a dois doadores e três a quatro aceitadores [37]. Isso define a importância das interações hidrofóbicas no projeto de medicamentos. Eles podem aumentar a afinidade de ligação entre as interfaces alvo-droga. Já foi relatado que a afinidade de ligação e a eficácia da droga associadas às interações hidrofóbicas podem ser otimizadas incorporando-as no local da ligação de hidrogênio [38]. No entanto, essa abordagem não é o único método líder para o projeto de medicamentos. Além disso, a presença de moléculas de água em regiões hidrofóbicas torna esta região bastante flexível. Há também a probabilidade de engenharia da droga ou do alvo, ou da interface entre a droga e o alvo, para aumentar a afinidade de ligação.

Um aumento no número de átomos hidrofóbicos no núcleo ativo da interface fármaco-alvo aumenta ainda mais a atividade biológica do chumbo do fármaco. Estes substituintes 4-amino fracamente ligados, tendo uma maioria de átomos hidrofóbicos, são inibidores duplos de c-Src e c-Abl. Os grupos funcionais dos substituintes 4-amino foram modificados a fim de otimizar as interações hidrofóbicas na interface alvo-droga [30]. Essas interações hidrofóbicas otimizadas também influenciam os efeitos colaterais e a toxicidade, mas até que ponto? Foi relatado que existem certas condições patológicas nas quais um fármaco de ligação de baixa afinidade funciona de forma eficiente com efeitos colaterais mínimos [39]. Surge a pergunta: Como é possível melhorar a eficácia da droga para esses ligantes de ligação de baixa afinidade usando uma abordagem in-silico? Os átomos pesados ​​favorecidos conformacionalmente desempenham algum papel na mediação da afinidade de ligação? Para testar essa suposição, realizamos acoplamento de átomos de metal de Zn, Cd, Fe e Mn na estrutura acoplada a inibidor de c-Src e c-Abl. Observamos que esses átomos estavam situados na mesma parte da estrutura cristalina de c-Src onde o átomo determinado cristalograficamente estava localizado ( Fig. 4A ) Este modelo acoplado ao átomo mostra um aumento na afinidade de ligação e nas interações hidrofóbicas. O sulfato auxilia na cristalização da proteína c-Src. Ele estabiliza o complexo de proteínas medindo as interações entre c-Src e o ligante ( Fig. 4B ) A estrutura sobreposta prevê a confiabilidade dos resultados encaixados e a precisão da previsão ( Fig. 4C ) Em conclusão, esses átomos ancorados ajudam a aumentar a afinidade de ligação das moléculas receptoras-alvo e otimizar as interações hidrofóbicas ao cativar a ligação de hidrogênio no núcleo hidrofóbico do complexo.

A pontuação de alinhamento de sequência ClustalW [40] para c-Src (PDB ID 2H8H) e c-Abl (PDB ID 2FO0) é 38. O alinhamento SuperPose [41] dá uma identidade de sequência 42 & # x00025 e uma similaridade de sequência 61 & # x00025, com uma lacuna na sequência de 8,2 & # x00025 da mesma forma. Observar menos similaridade de sequência dos aminoácidos hidrofóbicos conservados e a boa semelhança estrutural no núcleo ativo de c-Src e c-Abl quinases tornou-se focado para entender o papel das interações hidrofóbicas, afinidade de ligação e a eficácia funcional dos ligantes. Viramos T (girar) para C (bobina), G (310 hélice) para H (hélice) e removeu o B (ponte) para compensar a estrutura secundária. SSEA [42] (Secondary Structure Element Alignment, um servidor baseado na web) que resultou em uma pontuação de alinhamento de estrutura secundária local de 75,62 e um alinhamento global de 84,058. Além disso, observamos semelhanças de estrutura secundária, mesmo no nível de 310 hélice além de rmsd alto e similaridade de sequência baixa ( Fig. 2A e Fig. 2B ) O rmsd médio entre c-Src (PDB ID: 2H8H) e c-Abl (PDB ID: 2FO0) para C & # x003b1 usando CCP4i [43] é & # x0223c10 & # x000c5, e para uma cadeia lateral é & # x0223c12 & # x000c5. A estrutura sobreposta de PDB ID 2H8H (c-Src) e PDB ID 2FO0 (c-Abl) mostrou uma divergência conformacional no local de ligação, com um rmsd geral de C & # x003b1 9,65 & # x000c5 e para uma cadeia lateral de 9,66 & # x000c5. No geral, a dobra estrutural no local de ligação do ligante exibiu um dobramento estrutural semelhante ( Fig. 2B ) Neste estudo, esforços foram feitos para revelar como poucos resíduos orgânicos podem funcionar como um inibidor duplo em alvos tão diversificados. É muito claro que as interações hidrofóbicas desempenham um papel importante na estabilização dos ligantes na interface de ligação ( Fig. 5A e Fig. 5B ) Um grande número de átomos hidrofóbicos está presente em compostos substituídos com 4-amino e podem ser importantes para a ligação do fármaco ao alvo. Este ambiente estrutural, no qual as interações hidrofóbicas são otimizadas com o desembolso das ligações de hidrogênio, pode induzir uma mudança significativa na atividade biológica dos eletrodos de drogas. A descoberta dos inibidores da neuraminidase da influenza forneceu um exemplo em que as interações hidrofóbicas foram otimizadas em detrimento da ligação de hidrogênio [44]. No entanto, surge uma outra questão: Qual poderia ser a fonte de um átomo pesado que pode alterar a ligação de hidrogênio em interações hidrofóbicas in vivo? Para responder a essa pergunta, é necessário um esforço integrado in silico, in vitro e in vivo para estudar a quebra comparativa da estrutura em nível molecular.

Perspectivas

Com doenças fatais, como câncer, cientistas e médicos estão trabalhando para descobrir compostos anticâncer de pequenas moléculas. No entanto, a abordagem existente que eles estão seguindo não tem sido muito bem-sucedida. Vários pesquisadores estão testando compostos semelhantes a drogas usando abordagens in silico, in vitro e in vivo, mas o sucesso ainda está longe. Uma análise comparativa da afinidade de ligação na interface de compostos substituídos com 4-amino e c-Src e c-Abl quinases revelou que compostos multi-direcionados podem ser melhor direcionados para um único alvo, se interações hidrofóbicas otimizadas e ligações de hidrogênio aumentarem sua afinidade de ligação. O aumento na afinidade de ligação de moléculas complexas devido à otimização das interações hidrofóbicas na interface alvo-fármaco, comparativamente demonstra melhor eficácia das ligações de fármacos. Essa abordagem definitivamente encorajaria os cientistas a se concentrarem em interações intermoleculares fracas, como interações hidrofóbicas, ligações de hidrogênio e interações associadas a metais para o projeto de drogas, que ainda não foram analisadas de forma abrangente. Os resultados relatados neste trabalho podem ajudar no projeto de novas moléculas com atividade biológica potente e menos efeitos colaterais. No entanto, todas essas previsões são baseadas na abordagem in-silico, que tem suas desvantagens, deficiências e limitações das ferramentas preditivas que também estão sempre presentes. Assim, as previsões relatadas neste artigo não podem ser consideradas como recursos para aconselhamento medicinal até que sejam otimizadas usando ensaios de fase in vitro, in vivo e clínicos. No entanto, essa abordagem integrada pode resultar no projeto racional de drogas potenciais para combater o câncer.


Você também pode colar!

Quimera direcionada à proteólise (PROTACs) são moléculas sintéticas que recrutam proteínas neo-substrato para uma ubiquitina ligase para ubiquitinação e subsequente degradação. Uma visão estrutural do complexo VHL – MZ1 – BRD4 revela como a molécula MZ1 – PROTAC projetada racionalmente medeia a degradação de um substrato de proteína não natural.

O papel fisiológico da maioria das ubiquitina ligases E3 é ubiquitinar proteínas de substrato nativas, direcionando-as para proteólise pelo proteassoma 26S. A família da ligase Cullin-RING (CRL) compreende mais de 230 CRLs diferentes que reconhecem centenas de substratos ao longo de diversas vias celulares 8. O recrutamento do substrato depende de sequências peptídicas curtas, chamadas motivos de destruição ou degrons, e é regulado por modificações pós-tradução, cofatores de proteínas ou compostos de baixo peso molecular. A fusão de degrons com proteínas não relacionadas resulta em degradação, ilustrando que a ubiquitinação é altamente promíscua e restringida principalmente pela proximidade espacial com a ligase 9. A talidomida, usada clinicamente no tratamento do mieloma múltiplo, surgiu como a primeira pequena molécula sintética que tira proveito de uma ligase E3 10. A talidomida reaproveita o CRL4 CRBN (cereblon) ubiquitina ligase agindo como cola molecular que monta proteínas relacionadas à doença na E3 ligase 9. As interações proteína-proteína induzidas por cola contribuem substancialmente para a especificidade do alvo (Fig. 1b). A descoberta coincidente do modo de ação da talidomida forneceu precedência para uma nova classe de drogas e reviveu os esforços para induzir artificialmente a degradação de alvos terapêuticos essenciais por moléculas sintéticas.


Re: ADL: nova versão beta do AutoDock Vina

Sou um novo usuário de softwares de autodock e docking de proteínas em geral. Eu queria saber como posso encontrar os possíveis pontos na proteína aos quais os ligantes podem se ligar no caso de não haver ligantes e quero projetar alguns.

Quero alertar os usuários do AutoDock sobre uma nova versão beta do Vina, que é
agora chamado AutoDock Vina, um novo código de encaixe desenvolvido por Oleg Trott em
meu laboratório. AutoDock Vena usa o mesmo formato para o ligante e receptor
arquivos como AutoDock4, que podem ser preparados por AutoDock Tools, no entanto,
entrada é muito mais simples, e não há necessidade de executar o AutoGrid antes
executando o encaixe. Os procedimentos de pontuação e otimização no AutoDock
Vina são bastante diferentes daqueles no AutoDock4.

Um artigo anunciando e descrevendo o AutoDock Vina está prestes a ser enviado
para publicação. No artigo, comparamos seu desempenho em relação a
AutoDock4. Descobrimos que o AutoDock Vina é consideravelmente mais rápido do que
AutoDock4, com estruturas ancoradas comparáveis ​​ou melhores para muitos complexos.

O recém-lançado AutoDock Vina 1.0 beta 03 tem as seguintes alterações
da versão anterior:

(1) Estimativa melhorada da influência estatística do
flexibilidade do ligante em sua energia livre de ligação
(2) Otimização de múltiplos ligantes interagindo está desabilitada
Se você executar o Vina agora com 0 ou 2 ou mais ligantes, receberá um erro, dizendo
que esta versão requer exatamente um ligante.

Se as pessoas tiverem uma necessidade específica de encaixar vários ligantes simultaneamente, entre em contato conosco para que possamos discutir as possibilidades futuras.

AutoDock Vina 1.0 beta 03 é distribuído como executáveis ​​binários para plataformas Linux e Windows (desculpe, nenhuma versão Mac OSX ainda). Ele pode ser baixado de vina.scripps.edu ou por meio de links de autodock.scripps.edu. Eu encorajo você a experimentar a versão beta e fornecer feedback para nós.

Arthur J. Olson, Ph.D.
Professor
Departamento de Biologia Molecular
O Scripps Research Institute
La Jolla, CA 92037
tel. (858) 784-9702
fax. (858) 784-2860
http://www.scripps.edu/pub/olson-web

________________________________________________
--- ADL: AutoDock List --- http://autodock.scripps.edu/mailing_list ---


Embora uma série de tecnologias genômicas e bioquímicas sejam agora usadas para elucidar os mecanismos de ação de pequenas moléculas bioativas, o isolamento baseado em afinidade de alvos moleculares é uma abordagem clássica, mas ainda poderosa. Esta revisão destaca casos recentes em que o isolamento bioquímico de proteínas-alvo de pequenas moléculas bioativas destacou estratégias gerais para um isolamento e identificação bem-sucedidos de alvos moleculares. Esta revisão pretende ser uma atualização sobre as descobertas mais recentes para aqueles já ativos no campo da genética química avançada e um guia para os cientistas que estão entrando neste campo florescente.

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Conteúdo

SODs catalisam a desproporção de superóxido:

Desta forma, O -
2 é convertido em duas espécies menos prejudiciais.

A via pela qual a dismutação do superóxido catalisada por SOD pode ser escrita, para Cu, Zn SOD, com as seguintes reações:

  • Cu 2+ -SOD + O -
    2 → Cu + -SOD + O2 (redução da oxidação do cobre do superóxido)
  • Cu + -SOD + O -
    2 + 2H + → Cu 2+ -SOD + H2O2 (oxidação da redução do cobre do superóxido)

A forma geral, aplicável a todas as diferentes formas coordenadas de metal de SOD, pode ser escrita da seguinte forma:

Em uma série de tais reações, o estado de oxidação e a carga do cátion metálico oscilam entre n e n + 1: +1 e +2 para Cu, ou +2 e +3 para os outros metais.

Edição Geral

Irwin Fridovich e Joe McCord da Duke University descobriram a atividade enzimática da superóxido dismutase em 1968. [3] SODs eram anteriormente conhecidos como um grupo de metaloproteínas com função desconhecida, por exemplo, CuZnSOD era conhecido como eritrocupreína (ou hemocupreína, ou citocupreína) ou como a droga antiinflamatória veterinária "Orgoteína". [4] Da mesma forma, Brewer (1967) identificou uma proteína que mais tarde se tornou conhecida como superóxido dismutase como uma indofenol oxidase por análise de proteína de géis de amido usando a técnica de fenazina-tetrazólio. [5]

Existem três famílias principais de superóxido dismutase, dependendo da dobra da proteína e do cofator de metal: o tipo Cu / Zn (que liga cobre e zinco), os tipos Fe e Mn (que ligam ferro ou manganês) e o tipo Ni (que liga o níquel).

    Cobre e zinco - mais comumente usados ​​por eucariotos, incluindo humanos. Os citosóis de praticamente todas as células eucarióticas contêm uma enzima SOD com cobre e zinco (Cu-Zn-SOD). Por exemplo, Cu-Zn-SOD disponível comercialmente é normalmente purificado a partir de glóbulos vermelhos bovinos. A enzima Cu-Zn bovina é um homodímero de peso molecular 32.500. Foi o primeiro SOD cuja estrutura cristalina de detalhes atômicos foi resolvida, em 1975. [8] É um barril beta "chave grega" de 8 fitas, com o sítio ativo mantido entre o barril e dois loops de superfície. As duas subunidades são fortemente unidas uma após a outra, principalmente por interações hidrofóbicas e algumas interações eletrostáticas. The ligands of the copper and zinc are six histidine and one aspartate side-chains one histidine is bound between the two metals. [9]
  • Iron – Many bacteria contain a form of the enzyme with iron (Fe-SOD) some bacteria contain Fe-SOD, others Mn-SOD, and some (such as E. coli) contain both. Fe-SOD can also be found in the chloroplasts of plants. The 3D structures of the homologous Mn and Fe superoxide dismutases have the same arrangement of alpha-helices, and their active sites contain the same type and arrangement of amino acid side-chains. They are usually dimers, but occasionally tetramers.
  • Manganese – Nearly all mitochondria, and many bacteria, contain a form with manganese (Mn-SOD): For example, the Mn-SOD found in human mitochondria. The ligands of the manganese ions are 3 histidine side-chains, an aspartate side-chain and a water molecule or hydroxyligand, depending on the Mn oxidation state (respectively II and III). [10]

In higher plants, SOD isozymes have been localized in different cell compartments. Mn-SOD is present in mitochondria and peroxisomes. Fe-SOD has been found mainly in chloroplasts but has also been detected in peroxisomes, and CuZn-SOD has been localized in cytosol, chloroplasts, peroxisomes, and apoplast. [14] [15]

Human Edit

Three forms of superoxide dismutase are present in humans, in all other mammals, and most chordates. SOD1 is located in the cytoplasm, SOD2 in the mitochondria, and SOD3 is extracellular. The first is a dimer (consists of two units), whereas the others are tetramers (four subunits). SOD1 and SOD3 contain copper and zinc, whereas SOD2, the mitochondrial enzyme, has manganese in its reactive centre. Os genes estão localizados nos cromossomos 21, 6 e 4, respectivamente (21q22.1, 6q25.3 e 4p15.3-p15.1).

Editar Plantas

In higher plants, superoxide dismutase enzymes (SODs) act as antioxidants and protect cellular components from being oxidized by reactive oxygen species (ROS). [18] ROS can form as a result of drought, injury, herbicides and pesticides, ozone, plant metabolic activity, nutrient deficiencies, photoinhibition, temperature above and below ground, toxic metals, and UV or gamma rays. [19] [20] To be specific, molecular O2 is reduced to O −
2 (a ROS called superoxide) when it absorbs an excited electron released from compounds of the electron transport chain. Superoxide is known to denature enzymes, oxidize lipids, and fragment DNA. [19] SODs catalyze the production of O2 e H
2 O
2 from superoxide ( O −
2 ), which results in less harmful reactants.

When acclimating to increased levels of oxidative stress, SOD concentrations typically increase with the degree of stress conditions. The compartmentalization of different forms of SOD throughout the plant makes them counteract stress very effectively. There are three well-known and -studied classes of SOD metallic coenzymes that exist in plants. First, Fe SODs consist of two species, one homodimer (containing 1–2 g Fe) and one tetramer (containing 2–4 g Fe). They are thought to be the most ancient SOD metalloenzymes and are found within both prokaryotes and eukaryotes. Fe SODs are most abundantly localized inside plant chloroplasts, where they are indigenous. Second, Mn SODs consist of a homodimer and homotetramer species each containing a single Mn(III) atom per subunit. They are found predominantly in mitochondrion and peroxisomes. Third, Cu-Zn SODs have electrical properties very different from those of the other two classes. These are concentrated in the chloroplast, cytosol, and in some cases the extracellular space. Note that Cu-Zn SODs provide less protection than Fe SODs when localized in the chloroplast. [18] [19] [20]

Edição de bactérias

Human white blood cells use enzymes such as NADPH oxidase to generate superoxide and other reactive oxygen species to kill bacteria. During infection, some bacteria (e.g., Burkholderia pseudomallei) therefore produce superoxide dismutase to protect themselves from being killed. [21]

SOD out-competes damaging reactions of superoxide, thus protecting the cell from superoxide toxicity. The reaction of superoxide with non-radicals is spin-forbidden. In biological systems, this means that its main reactions are with itself (dismutation) or with another biological radical such as nitric oxide (NO) or with a transition-series metal. The superoxide anion radical ( O −
2 ) spontaneously dismutes to O2 and hydrogen peroxide ( H
2 O
2 ) quite rapidly (

10 5 M −1 s −1 at pH 7). [ citação necessária ] SOD is necessary because superoxide reacts with sensitive and critical cellular targets. For example, it reacts with the NO radical, and makes toxic peroxynitrite.

Because the uncatalysed dismutation reaction for superoxide requires two superoxide molecules to react with each other, the dismutation rate is second-order with respect to initial superoxide concentration. Thus, the half-life of superoxide, although very short at high concentrations (e.g., 0.05 seconds at 0.1mM) is actually quite long at low concentrations (e.g., 14 hours at 0.1 nM). In contrast, the reaction of superoxide with SOD is first order with respect to superoxide concentration. Moreover, superoxide dismutase has the largest kgato/KM (an approximation of catalytic efficiency) of any known enzyme (

7 x 10 9 M −1 s −1 ), [22] this reaction being limited only by the frequency of collision between itself and superoxide. That is, the reaction rate is "diffusion-limited".

The high efficiency of superoxide dismutase seems necessary: even at the subnanomolar concentrations achieved by the high concentrations of SOD within cells, superoxide inactivates the citric acid cycle enzyme aconitase, can poison energy metabolism, and releases potentially toxic iron. Aconitase is one of several iron-sulfur-containing (de)hydratases in metabolic pathways shown to be inactivated by superoxide. [23]

SOD1 is an extremely stable protein. In the holo form (both copper and zinc bound) the melting point is > 90 °C. In the apo form (no copper or zinc bound) the melting point is

60 °C. [24] By differential scanning calorimetry (DSC), holo SOD1 unfolds by a two-state mechanism: from dimer to two unfolded monomers. [24] In chemical denaturation experiments, holo SOD1 unfolds by a three-state mechanism with observation of a folded monomeric intermediate. [25]

Superoxide is one of the main reactive oxygen species in the cell. As a consequence, SOD serves a key antioxidant role. The physiological importance of SODs is illustrated by the severe pathologies evident in mice genetically engineered to lack these enzymes. Mice lacking SOD2 die several days after birth, amid massive oxidative stress. [26] Mice lacking SOD1 develop a wide range of pathologies, including hepatocellular carcinoma, [27] an acceleration of age-related muscle mass loss, [28] an earlier incidence of cataracts, and a reduced lifespan. Mice lacking SOD3 do not show any obvious defects and exhibit a normal lifespan, though they are more sensitive to hyperoxic injury. [29] Knockout mice of any SOD enzyme are more sensitive to the lethal effects of superoxide-generating compounds, such as paraquat and diquat (herbicides).

Drosófila lacking SOD1 have a dramatically shortened lifespan, whereas flies lacking SOD2 die before birth. Depletion of SOD1 and SOD2 in the nervous system and muscles of Drosófila is associated with reduced lifespan. [30] The accumulation of neuronal and muscular ROS appears to contribute to age-associated impairments. When overexpression of mitochondrial SOD2 is induced, the lifespan of adult Drosófila is extended. [31]

Among black garden ants (Lasius Nigéria), the lifespan of queens is an order of magnitude greater than of workers despite no systematic nucleotide sequence difference between them. [32] The SOD3 gene was found to be the most differentially over-expressed in the brains of queen vs worker ants. This finding raises the possibility of an important role of antioxidant function in modulating lifespan. [32]

SOD knockdowns in the worm C. elegans do not cause major physiological disruptions. However, the lifespan of C. elegans can be extended by superoxide/catalase mimetics suggesting that oxidative stress is a major determinant of the rate of aging. [33]

Knockout or null mutations in SOD1 are highly detrimental to aerobic growth in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae and result in a dramatic reduction in post-diauxic lifespan. In wild-type S. cerevisiae, DNA damage rates increased 3-fold with age, but more than 5-fold in mutants deleted for either the SOD1 ou SOD2 genes. [34] Reactive oxygen species levels increase with age in these mutant strains and show a similar pattern to the pattern of DNA damage increase with age. Thus it appears that superoxide dismutase plays a substantial role in preserving genome integrity during aging in S. cerevisiae. SOD2 knockout or null mutations cause growth inhibition on respiratory carbon sources in addition to decreased post-diauxic lifespan.

In the fission yeast Schizosaccharomyces pombe, deficiency of mitochondrial superoxide dismutase SOD2 accelerates chronological aging. [35]

Several prokaryotic SOD null mutants have been generated, including E. coli. The loss of periplasmic CuZnSOD causes loss of virulence and might be an attractive target for new antibiotics.

Mutations in the first SOD enzyme (SOD1) can cause familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS, a form of motor neuron disease). [36] [37] [38] [39] The most common mutation in the U.S. is A4V, while the most intensely studied is G93A. The other two isoforms of SOD have not been linked to many human diseases, however, in mice inactivation of SOD2 causes perinatal lethality [26] and inactivation of SOD1 causes hepatocellular carcinoma. [27] Mutations in SOD1 can cause familial ALS (several pieces of evidence also show that wild-type SOD1, under conditions of cellular stress, is implicated in a significant fraction of sporadic ALS cases, which represent 90% of ALS patients.), [40] by a mechanism that is presently not understood, but not due to loss of enzymatic activity or a decrease in the conformational stability of the SOD1 protein. Overexpression of SOD1 has been linked to the neural disorders seen in Down syndrome. [41] In patients with thalassemia, SOD will increase as a form of compensation mechanism. However, in the chronic stage, SOD does not seem to be sufficient and tends to decrease due to the destruction of proteins from the massive reaction of oxidant-antioxidant. [42]

In mice, the extracellular superoxide dismutase (SOD3, ecSOD) contributes to the development of hypertension. [43] [44] Diminished SOD3 activity has been linked to lung diseases such as Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) or Chronic obstructive pulmonary disease (COPD). [45] [46] [47]

Superoxide dismutase is also not expressed in neural crest cells in the developing fetus. Hence, high levels of free radicals can cause damage to them and induce dysraphic anomalies (neural tube defects). [ citação necessária ]

SOD has powerful antiinflammatory activity. For example, SOD is a highly effective experimental treatment of chronic inflammation in colitis. [ citação necessária ] Treatment with SOD decreases reactive oxygen species generation and oxidative stress and, thus, inhibits endothelial activation. Therefore, such antioxidants may be important new therapies for the treatment of inflammatory bowel disease. [48]

Likewise, SOD has multiple pharmacological activities. E.g., it ameliorates cis-platinum-induced nephrotoxicity in rodents. [49] As "Orgotein" or "ontosein", a pharmacologically-active purified bovine liver SOD, it is also effective in the treatment of urinary tract inflammatory disease in man. [50] For a time, bovine liver SOD even had regulatory approval in several European countries for such use. This was cut short by concerns about prion disease. [ citação necessária ]

An SOD-mimetic agent, TEMPOL, is currently in clinical trials for radioprotection and to prevent radiation-induced dermatitis. [51] TEMPOL and similar SOD-mimetic nitroxides exhibit a multiplicity of actions in diseases involving oxidative stress. [52]

SOD may reduce free radical damage to skin—for example, to reduce fibrosis following radiation for breast cancer. Studies of this kind must be regarded as tentative, however, as there were not adequate controls in the study including a lack of randomization, double-blinding, or placebo. [53] Superoxide dismutase is known to reverse fibrosis, possibly through de-differentiation of myofibroblasts back to fibroblasts. [54] [ mais explicação necessária ]

SOD is commercially obtained from marine phytoplankton, bovine liver, horseradish, cantaloupe, and certain bacteria. For therapeutic purpose, SOD is usually injected locally. There is no evidence that ingestion of unprotected SOD or SOD-rich foods can have any physiological effects, as all ingested SOD is broken down into amino acids before being absorbed. However, ingestion of SOD bound to wheat proteins could improve its therapeutic activity, at least in theory. [55]


Resumo

Affinity capillary electrophoresis (ACE) is a separation technique that combines a biologically-related binding agent with the separating power and efficiency of capillary electrophoresis. This review will examine several classes of binding agents that have been used in ACE and applications that have been described for the resulting methods in clinical or pharmaceutical analysis. Binding agents that will be considered are antibodies, aptamers, lectins, serum proteins, carbohydrates, and enzymes. This review will also describe the various formats in which each type of binding agent has been used in CE, including both homogeneous and heterogeneous methods. Specific areas of applications that will be considered are CE-based immunoassays, glycoprotein/glycan separations, chiral separations, and biointeraction studies. The general principles and formats of ACE for each of these applications will be examined, along with the potential advantages or limitations of these methods.


Tightening a deadly pore former

A small molecule was identified that binds to a unique site on the pro-apoptotic protein BAX, stabilizing the protein structure allosterically and preventing the conformational activation to a pore former by BH3 proteins.

Anti-apoptotic proteins such as BCL-2 inhibit pore formation by sequestration of either the BH3 proteins so they cannot activate BAX and BAK or the active BAX and BAK so they cannot form the oligomeric pores. The sequestration is achieved through a canonical groove in the anti-apoptotic proteins that binds to the BH3 domain of certain pro-apoptotic proteins. Small-molecule BH3 mimics that can competitively displace the pro-apoptotic proteins from the anti-apoptotic proteins have been well developed owing to the demonstrated need for inhibition of the anti-apoptotic proteins in cancer therapy, and the determined high-resolution structures of the anti-apoptotic proteins in complex with the BH3 domains as well as their mimics 4 . Small molecules that inhibit BAX oligomerization and pore formation have been reported 5 , but the lack of structures of the inhibitor–protein complexes has impeded their rational improvement.