Podrobno

Opredelitev specifične vezave zaviralcev sterol 14α-demetilaze in ligaze MurD v vodnem okolju
ID Ogris, Iza (Avtor), ID Golič Grdadolnik, Simona (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Rozman, Damjana (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (9,33 MB)
MD5: 63C377AF53436C0153A24BBB86834F3B

Izvleček
Fizikalno-kemijska opredelitev interakcij med proteini in ligandi je ključna tako za razumevanje bioloških sistemov kot tudi za racionalno načrtovanje zdravilnih učinkovin. Ker so ligandi, proteini in njihovi kompleksi dinamični sistemi, je za njihovo raziskovanje bistveno okolje, ki ohranja njihovo naravno dinamiko. Študij teh interakcij v vodnem okolju se bolje približa fiziološkim pogojem, v primerjavi s preučevanjem kristalnih struktur, pri čemer je dinamika sistema ohranjena. V raziskavi smo preučevali vezavo ligandov na dve proteinski tarči: sterol 14?-demetilazo (CYP51), esencialen encim v biosintezni poti sterolov in tarčo protiglivnih zdravil, ter muramil ligazo D (MurD), večdomenski bakterijski encim, ki sodeluje pri sintezi peptidoglikana in velja za obetavno tarčo pri razvoju novih protibakterijskih učinkovin. Glavna eksperimentalna metoda, ki smo jo uporabili, je metoda jedrske magnetne resonance (NMR). Z določanjem afinitete vezave in NMR metodami, ki temeljijo na opazovanju signalov liganda, smo preučili vezavo piridiletanol(feniletil) aminov na CYP51 iz Candida albicans (CaCYP51) in človeški CYP51 (hCYP51) ter prepoznali ključne funkcionalne skupine, ki omogočajo selektivno delovanje proti CaCYP51 in hkrati preprečujejo zaviranje hCYP51, kar bi vodilo v akumulacijo toksičnih sterolov v telesu. Določili smo skupine, ki prispevajo k izboljšani vezavni afiniteti. Ugotovili smo način vezave izbranih derivatov v aktivnem mestu CaCYP51 in pokazali, da se razlikuje od vezave klinično uporabljenih azolnih zaviralcev. Najobetavnejši selektivni derivati so izkazovali zaviralno in protiglivno delovanje. Kot najobetavnejši se je izkazal GIS-528, ki lahko služi kot spojina vodnica za nadaljnjo optimizacijo. Pri proteinu Escherichia coli MurD smo v NMR spektrih asignirali jedra 1HN in 15N glavne verige ter jedra 1H in 13C metilnih skupin AILVproR aminokislinskih ostankov prostega in vezanega encima. Nato smo preučili dinamiko glavne verige in stranskih verig MurD ter njen vpliv na vezavo ligandov na različnih časovnih skalah. Predstavili smo nov analitični pristop k analizi odnosov med spektralnimi gostotami z analizo glavnih osi, ki nam je omogočila mehanistični vpogled v dinamiko na ravni posameznih ostankov. Pri apo in vezanem MurD smo zaznali kompenzacijske učinke (ps–ms časovna skala) ter dinamiko konformacijske izmenjave (µs–ms časovna skala), pri čemer je bila slednja izmerjena tudi neodvisno. Prisotnost konformacijske dinamike na µs-ms časovni skali pri apo stanju in stanju z vezanim AMP-PCP nakazujejo, da je pri vezavnem mehanizmu odločilna konformacijska selekcija. Pri MurD z vezanim zaviralcem smo podrobno opredelili dinamično raznolikost strukturnih elementov, ki omejuje učinkovitost vezave. Rezultati simulacij molekulske dinamike so potrdili eksperimentalne izsledke in hkrati razkrili dodatno raznolikost strukturnih družin apo stanja in kompleksov MurD. V raziskavi smo uspeli zasnovati in opredeliti nov strukturni tip selektivnih zaviralcev CaCYP51 in raziskati strukturno-dinamični vidik vezave zaviralcev MurD. Nove smernice za racionalno načrtovanje zaviralcev CYP51 in MurD lahko prispevajo k razvoju inovativnih protimikrobnih učinkovin ter zapolnijo vrzel na premalo raziskanem področju iskanja rešitev za mikrobno rezistenco.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:CYP51, ligaza MurD, interakcije protein–ligand, piridiletanol(feniletil)amini, selektivni zaviralci Candida, načrtovanje spojine vodnice, dinamika proteinov, NMR, spektralne gostote, protimikrobne tarče
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Organizacija:MF - Medicinska fakulteta
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-176599 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:05.12.2025
Število ogledov:62
Število prenosov:13
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Determination of specific binding of sterol 14α-demethylase and MurD ligase inhibitors in aqueous environment
Izvleček:
The physical-chemical characterization of interactions between proteins and ligands is crucial for understanding biological systems and for the rational design of drug molecules. Since ligands, proteins, and their complexes are dynamic systems, it is essential to study them in an environment that preserves their natural dynamics. Studying these interactions in an aqueous environment better resembles physiological conditions than studying crystal structures, while preserving the dynamics of the system. In our study, we investigated the binding of ligands to two protein targets: sterol 14α-demethylase (CYP51), an essential enzyme in the sterol biosynthesis pathway and the main target of antifungal drugs, and muramyl ligase D (MurD), a multidomain bacterial enzyme involved in peptidoglycan synthesis and considered a promising target for the development of new antibacterial agents. The main experimental method we used was nuclear magnetic resonance (NMR). By determining binding affinities and using ligand-based NMR methods, we studied the binding of pyridylethanol(phenylethyl)amines to CYP51 from Candida albicans (CaCYP51) and human CYP51 (hCYP51), and identified key functional groups that allow selective binding to CaCYP51 while preventing inhibition of hCYP51 to avoid the accumulation of toxic sterols in the body. We identified fragments that contribute to improved binding affinity. We determined the binding mode of selected derivatives at the active site of CaCYP51 and found that it differs from the binding of clinically used azole inhibitors. The most promising selective derivatives exhibited inhibitory and antifungal activity. GIS-528 proved to be the most promising and can serve as a lead compound for further optimization. In the Escherichia coli MurD protein, we assigned the 1HN and 15N nuclei of the backbone and the 1H and 13C nuclei of the methyl groups of the AILVproR amino acid residues of the free and bound enzyme in the NMR spectra. We then studied the dynamics of the MurD and its influence on ligand binding on different time scales. We presented a new analytical approach to the analysis of spectral density relationships using principal component analysis, which provided us with mechanistic insight into the dynamics at the level of individual residues. In apo and bound MurD, we detected compensatory effects (ps–ms time scale) and conformational exchange dynamics (µs–ms time scale), the latter of which was also measured independently. The presence of conformational dynamics on the µs-ms time scale in the apo state and the state with bound AMP-PCP indicates that conformational selection is the binding mechanism of MurD. In MurD with bound inhibitor, we have defined in detail the dynamic variability of structural elements that limits binding efficiency. The results of molecular dynamics simulations confirmed the experimental findings and revealed additional diversity in the structural clusters of apo states and MurD complexes. In this study, we succeeded in designing a new structural type of selective CaCYP51 inhibitors and investigating the structural-dynamic aspect of MurD inhibitor binding. New guidelines for the rational design of CYP51 and MurD inhibitors may contribute to the development of innovative antimicrobial agents and fill a gap in the neglected area of finding solutions to microbial resistance.

Ključne besede:CYP51, MurD ligase, protein-ligand interactions, pyridylethanol(phenylethyl)amines, selective Candida inhibitors, lead design, protein dynamics, NMR, spectral densities, antimicrobial targets

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj