Protein folding: Molecular dynamics simulations and in vitro studies for probing mechanism of urea- and guanidinium chloride-induced unfolding of horse cytochrome-c

2019 ◽  
Vol 122 ◽  
pp. 695-704 ◽  
Author(s):  
Sabab Hasan Khan ◽  
Amresh Prakash ◽  
Preeti Pandey ◽  
Andrew M. Lynn ◽  
Asimul Islam ◽  
...  
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Protein Folding ◽  
Cytochrome C ◽  
Molecular Dynamics Simulations ◽  
In Vitro Studies ◽  
Guanidinium Chloride ◽  
Dynamics Simulations ◽  
Horse Cytochrome

Molecular Basis of Iterative C–H Oxidation by TamI, a Multifunctional P450 Monooxygenase from the Tirandamycin Biosynthetic Pathway

2020 ◽  
Author(s):  
Sean A. Newmister ◽  
Kinshuk Raj Srivastava ◽  
Rosa V. Espinoza ◽  
Kersti Caddell Haatveit ◽  
Yogan Khatri ◽  
...  
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Molecular Dynamics Simulations ◽  
Molecular Basis ◽  
Hydrophobic Interactions ◽  
Cytochromes P450 ◽  
Targeted Mutagenesis ◽  
P450 Monooxygenase ◽  
Bond Functionalization ◽  
Dynamics Simulations

Biocatalysis offers an expanding and powerful strategy to construct and diversify complex molecules by C-H bond functionalization. Due to their high selectivity, enzymes have become an essential tool for C-H bond functionalization and offer complementary reactivity to small-molecule catalysts. Hemoproteins, particularly cytochromes P450, have proven effective for selective oxidation of unactivated C-H bonds. Previously, we reported the in vitro characterization of an oxidative tailoring cascade in which TamI, a multifunctional P450 functions co-dependently with the TamL flavoprotein to catalyze regio- and stereoselective hydroxylations and epoxidation to yield tirandamycin A and tirandamycin B. TamI follows a defined order including 1) C10 hydroxylation, 2) C11/C12 epoxidation, and 3) C18 hydroxylation. Here we present a structural, biochemical, and computational investigation of TamI to understand the molecular basis of its substrate binding, diverse reactivity, and specific reaction sequence. The crystal structure of TamI in complex with tirandamycin C together with molecular dynamics simulations and targeted mutagenesis suggest that hydrophobic interactions with the polyene chain of its natural substrate are critical for molecular recognition. QM/MM calculations and molecular dynamics simulations of TamI with variant substrates provided detailed information on the molecular basis of sequential reactivity, and pattern of regio- and stereo-selectivity in catalyzing the three-step oxidative cascade.<br>

Υπολογιστικά εργαλεία για την αναζήτηση νέων βιοδραστικών ενώσεων σε επιλεγμένους πρωτεϊνικούς στόχους

2017 ◽  
Author(s):  
Ευτυχία Κρίτση
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Molecular Docking ◽  
Virtual Screening ◽  
Molecular Dynamics Simulations ◽  
In Silico ◽  
Pharmacophore Modeling ◽  
Lead Optimization ◽  
Dynamics Simulations ◽  
Hiv 1

Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη για την αναζήτηση πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων (hits) από χημικές βιβλιοθήκες για τρείς βιολογικούς στόχους, μέσω της εφαρμογής εμπορικά διαθέσιμων in silico τεχνικών και μεθοδολογιών.Οι στόχοι που επιλέχθηκαν ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες πρωτεϊνών με μεγάλο φαρμακευτικό ενδιαφέρον, που όμως παρουσιάζουν διαφορετικό επίπεδο ωριμότητας όσον αφορά την εφαρμογή υπολογιστικών εργαλείωνγια την ανακάλυψη νέων φαρμακευτικών ενώσεων. Συγκεριμένα, οι στόχοι που μελετήθηκαν είναι οι ακόλουθοι:•το ένζυμο της 14-α διμεθυλάσης της λανοστερόλης (CYP51) για την αναζήτηση νέων πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων με αντιμικροβιακές ιδιότητες,•το ένζυμο της HIV τύπου 1 πρωτεάσης (HIV-1 PR) για την αναζήτηση νέων πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων με αντι-HIV δράση,•ο διαμεμβρανικός υποδοχέας της Αγγειοτασίνης ΙΙ (ΑΤ1) για την αναζήτηση νέων πρόδρομων βιοδραστικών με αντιυπερτασική δράσηΟι κυριότερες τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την αναζήτηση πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων περιλαμβάνουν την Εικονική Σάρωση (Virtual Screening) με χρήση Φαρμακοφόρων Μοντέλων (Pharmacophore modeling), τη Μοριακή Πρόσδεση (Molecular Docking), την πρόβλεψη μοριακών ιδιοτήτων καθώς και Προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής (Molecular Dynamics Simulations). Η στρατηγική που ακολουθήθηκε διαφέρει σημαντικά ανά στόχο όσον αφορά τη μεθοδολογική προσέγγιση και την επιλογή των υπολογιστικών εργαλείων-αλγορίθμων, δίνοντας έμφαση στη συμπληρωματικότητα των αποτελεσμάτων τους. Για την ανάδειξη των πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων, πραγματοποιήθηκαν in vitro βιολογικές δοκιμές των ενώσεων που προτάθηκαν μέσω των υπολογιστικών τεχνικών. Οι ενώσεις που επιλέχθηκαν παρουσίασαν ανασταλτική δράση (ή συγγένεια πρόσδεσης) σε ικανοποιητικό εύρος τιμών 102 nM–μΜ για να χαρακτηριστούν πρόδρομες βιοδραστικές. Μείζονος σημασίας είναι και το γεγονός ότι οι δομικοί σκελετοί των προτεινόμενων ενώσεων για κάθε στόχο, είναι διαφορετικοί τόσο μεταξύ τους όσο και συγκρινόμενοι με τα υφιστάμενα φαρμακευτικά μόρια. Ως εκ τούτου, μπορούν να αποτελέσουν κατάλληλα "υποστρώματα" για το επόμενο στάδιο που αφορά τη βελτιστοποίησή τους προς ενώσεις-οδηγούς (hit to lead optimization) και δυνητικά προς νέα φαρμακευτικά προϊόντα.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document