Блог

Aug 07, 2023

Кастинг на лету со скольжением лиганда и ориентационным отбором, поддерживающим комплексное образование GPCR и гибкой молекулы среднего размера.

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных докладов, номер статьи: 13792 (2022 г.) Цитировать эту статью

988 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Для выяснения механизмов связывания гибкой молекулы среднего размера бозентана с белком GPCR, человеческим рецептором эндотелина типа B (hETB) было проведено моделирование многомерной виртуальной системы, связанной молекулярной динамики (GA-mD-VcMD) под руководством GA. GA-mD-VcMD — это обобщенный ансамблевый метод, который создает свободный энергетический ландшафт связывания лиганд-рецептор путем поиска крупномасштабных движений, сопровождающихся стабильным поддержанием хрупкой структуры клеточной мембраны. Все молекулярные компоненты (бозентан, hETB, мембрана и растворитель) были представлены полноатомной моделью. Затем проводили отбор проб из конформаций, в которых бозентан находился на расстоянии от сайта связывания в кармане связывания hETB. Самый глубокий бассейн в образовавшемся ландшафте свободной энергии был отнесен к естественной сложной конформации. Был сделан вывод о следующем механизме связывания. Во-первых, бозентан, беспорядочно колеблющийся в растворе, захватывается с помощью кончика гибкого N-концевого хвоста hETB посредством неспецифических притягивающих взаимодействий (заброс на лету). Затем бозентан время от времени скользит от кончика к корню N-концевого хвоста (скольжение лиганда). Во время этого скольжения бозентан проходит через ворота связывающего кармана снаружи внутрь кармана с сопутствующим быстрым уменьшением молекулярного ориентационного разнообразия бозентана (ориентационный отбор). Наконец, в кармане формируются привлекательные нативные контакты лиганд-рецептор. В итоге комплекс нативного типа завершен. Конформации, захваченные бозентаном, в области кончика и корневой области N-концевого хвоста соответствуют двум бассейнам в ландшафте свободной энергии. Скольжение лигандов соответствует преодолению барьера свободной энергии между бассейнами.

Так называемые рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), представляют собой мембранные белки, составляющие большое эволюционно родственное семейство белков с различными молекулярными функциями1. Вообще говоря, GPCRs имеют семь трансмембранных спиралей (TM1–TM7), встроенных в мембрану. GPCR активируют клеточные реакции путем обнаружения молекул вне клетки. Поскольку GPCR связаны со многими заболеваниями, они стали важной мишенью для лекарств2. Эндотелин-1 (ET1) представляет собой пептид (длиной 21 остаток) с сильным сосудосуживающим действием, обнаруженный у людей3. Чтобы проявить свою активность, ET1 передает сигналы путем взаимодействия с двумя GPCR: рецепторами эндотелина типа A (ETA)4 и эндотелина типа B (ETB)5. Сложная структура человеческого рецептора эндотелина типа B (hETB) и ET1 была решена с помощью рентгеновской кристаллографии6. В этом комплексе ET1 связан с карманом связывания hETB на цитоплазматической стороне.

Бозентан конкурирует с ЕТ1 при связывании с ЭТА человека (hETA) и hETB человека (hETB). Он ингибирует вазоконстрикционный эффект ET1 в качестве антагониста7,8,9. Третичная структура комплекса бозентан-hETB была расшифрована с помощью рентгеновской кристаллографии10. В этой структуре бозентан связывается с карманом связывания hETB более глубоко, чем ET1. Однако характер взаимодействия между С-концевым сегментом ET1 и аминокислотными остатками в связывающем кармане hETB аналогичен таковому в комплексе бозентан-hETB.

Бозентан представляет собой молекулу лекарственного средства среднего размера (551,6 Да), которая на самом деле является большой по сравнению с молекулами других коммерческих лекарств. Эта молекула гибкая, поскольку имеет длинные гибкие боковые цепи (рис. 1а), тогда как центральное кольцо, к которому присоединены боковые цепи, жесткое. Следовательно, бозентан примет временные сложные конформации (комплексы встречи) до того, как достигнет глубокого положения кармана hETB (т.е. положения нативного комплекса). Специальное моделирование молекулярной динамики (МД), позволяющее отбирать различные конформации в процессе образования комплекса, подходит для исследования этих временных конформаций.

(а) Химическая структура бозентана. Две группы атомов \(G_{\beta }^{B}\) и \(G_{\gamma }^{B}\) окружены пунктирными прямоугольниками, которые используются для задания координат реакций (RC) \( \lambda^{\left(\beta \right)}\) и \(\lambda^{\left(\gamma \right)}\). (b) Первый RC, \(\lambda^{\left( \alpha \right)}\), определяемый расстоянием между центроидами групп атомов \(G_{\alpha }^{A}\) (красный сегмент в N-концевой хвост hETB окружен пунктирной линией; остатки 85–89) и \(G_{\alpha }^{B}\) (пурпурный сегмент в \(\beta\)-шпильке hETB, окруженный другим пунктирная линия: остатки 243–254). Связывающий карман hETB обозначен синим пунктирным кружком. Связанный бозентан показан внизу кармана. Зеленая и голубая области определены на панели (c). (c) Второй и третий RC — это соответственно \(\lambda^{\left( \beta \right)}\) и \(\lambda^{\left( \gamma \right)}\). Кроме того, \(\lambda^{\left(\beta \right)}\) определяется расстоянием между центроидами \(G_{\beta }^{A}\) (голубая часть пятой трансмембраны спираль ТМ5, остатки 273–281 (5×39–5×461), в которых первый и последний остатки обозначены на панели «273(5×39)» и «281(5×461)» соответственно. ) и \(G_{\beta }^{B}\) (часть бозентана, окруженная пунктирной линией). \(\lambda^{\left(\gamma \right)}\) определяется \(G_{\gamma }^{A}\) (зеленая часть седьмой трансмембранной спирали TM7; остатки 372–379 (7 × 37–7 × 46), у которых первый и последний остатки обозначены на панели «372(7 × 37)» и «379(7 × 46) соответственно) и \(G_{\gamma } ^{B}\) (другая часть бозентана окружена другой пунктирной линией). Отображаются связанные и несвязанные бозентаны. Желтые остатки представляют собой цистеины, образующие дисульфидные связи у корней N-концевого хвоста, \(G_{\alpha }^{A}\) и \(\beta\)-шпильки, \(G_{\alpha } ^{B}\). Трансмембранные спирали (TM1–7) отмечены на панели б. Трансмембранные спирали (TM1–7) отмечены на панели (b и c).