Молекулярный дизайн ингибиторов ULK1/2 киназы

Содержание

Аннотация 2
Введение 8
1 Литературный обзор 9
1.1 Аутофагия 9
1.2 Строение ULK 1/2 19
1.3 Молекулярное моделирование 23
1.4 Ингибиторы ULK 1/2 и подходы к синтезу 31
2 Результаты и их обсуждение 42
2.1 Аннотирование и подготовка библиотеки 44
2.2 Выбор белковых мишеней 46
2.3 Нативный докинг 47
2.4 Виртуальный скрининг 55
2.5 Результат in vitroисследования 73
3 Экспериментальная часть 76
3.1 Компьютерное моделирование 76
3.2 Биологические испытания 78
Заключение 82
Список используемой литературы 83
Приложение А Результаты виртуального скрининга 91

Введение

В настоящее время многие ученые в области медицинской химии занимаются разработкой низкомолекулярных высокоэффективных ингибиторов протеинкиназ. Серин/треонин протеинкиназы ULK1/2 могут служить перспективной терапевтической мишенью в данной области. Как известно, данные киназы участвуют в регуляции процесса аутофагии в клетках и, в свою очередь, аутофагия связана с растущим числом патологических состояний, включая рак и нейродегенеративные расстройства. Для предотвращения этих заболеваний важно приостановить данный процесс. Так как киназы ULK1/2 являются основополагающими участниками в индукции аутофагии, их ингибирование принесет терапевтический эффект.
Вследствие этого существует необходимость в разработке селективных ингибиторов ULK1/2. С помощью молекулярного докинга можно быстро смоделировать поведение лиганда, предсказать энергию взаимодействия и некоторые физико-химические свойства соединений. Также с помощью молекулярного докинга можно обработать большое количество соединений, которое в ручную проверить было бы невозможно.
Цель работы: поиск новых ингибиторов ULK1/2 киназы среди коммерческих библиотек и их моделирование.
Задачи работы:
1. Провести подготовку и дальнейший анализ кристаллических комплексов ULK1/2;
2. Провести аннотирование и подготовку лигандов из коммерческих библиотек ChemDiv;
3. Провести виртуальный скрининг, проанализировать результаты;
4. Провести in vitroисследование соединений с помощью репортерной системы LC3-HiBiT.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Заключение

По результатам проделанной работы можно прийти к следующему заключению:
- были проведены подготовка кристаллических структур и анализ режимов связывания в них различных ингибиторов ULK1/2, в результате которого были идентифицированы ключевые взаимодействия лигандов в активных сайтах: большинство соединений взаимодействуют с Glu93/86 с образованием акцепторной водородной связи, а также демонстрируют киназный паттерн связывания - парное взаимодействие с Cys95/88;
- был проведен виртуальный скрининг пяти различных библиотек, в ходе которого удалось идентифицировать 90 коммерчески доступных соединений-хитов. В качестве лидирующих хемотипов были определены 2- аминодигидрохиназолиноновый скаффолд (кластер 1), 2-аминотиазольный скаффолд (кластер 2), а также ^-фенилбензамид (кластер 6) и 5-метил-2- (метиламино)-[1,2,4]триазоло[1,5-а]пиримидин-7(4Я)-он (кластер 8). Ни одному из соединений не удалось продемонстрировать оценку XP GScore лучше, чем у кристаллических лигандов, однако разница незначительная и составляет для лидеров 0.5-2 ккал/моль;
- проанализированы режимы связывания выделенных нами лидеров: все они содержат скаффолды, образующие парную водородную связь с остатком Cys и одиночную - с Glu в центральной области сайта, а в концевых областях располагают сайта ароматические фрагменты;
- было проведено in vitroисследование на репортерной клеточной линии HEK293, стабильно экспрессирующей LC3-HiBiT, в ходе которого выделено 7 соединений, ингибирующих процесс аутофагии (уровень LC3- HiBiT у выявленных соединений составил 131.36±2.41-187.09±4.34 % от контроля); таким образом, проведенный in vitroскрининг демонстрирует хорошее значение Hit Rate = 7.78%.

Литература

1. Shintani T. Autophagy in Health and Disease: A Double-Edged Sword / T. Shintani // Science. - 2004. - Vol. 306. - №. 5698. - P. 990-995.
2. White E. The role for autophagy in cancer / E. White // J. Clin Invest. - 2015. - Vol. 125. - №. 1. - P. 42-46.
3. Xie Z. Autophagosome formation: core machinery and adaptations. / Z. Xie, D.J. Kilonsky // Nat. Cell Biol. - 2007. - Vol. 9. - P. 1102-1109.
4. Wirawan E. Autophagy: for better or for worse / E. Wirawan, T. Vanden,
S.Lippens et al. // Cell Res. - 2012. - Vol. 22. - №. 2. - P. 43-61.
5. Feng Y. The machinery of macroautophagy /Y. Feng, D. He, Z. Yao et all. // Cell Res. - 2014. - Vol. 24. - №. 4. - P. 24-41.
6. Oku M. Three Distinct Types of Microautophagy Based on Membrane Dynamics and Molecular Machineries / M. Oku, Y. Sakai // BioEssays. - 2018. - Vol. 40. - №. 6. - P. 1018-1025.
7. Dice J.F. Chaperone-Mediated Autophagy / J.F. Dice // Autophagy. - 2007. - Vol. 3. - №. 4. - P. 295-299.
8. Bejarano E. Chaperone-Mediated Autophagy / E. Bejarano, A.M. Cuervo // Proc. Am. Thorac. Soc. - 2010 - Vol. 7. - №. 1. - P. 29-39.
9. Hurley J.H. Mechanisms of Autophagy Initiation / J.H. Hurley, L.N. Young // Annu. Rev. Biochem. - 2017. - Vol. 86. - P. 225-244.
10. Zhou Z. Phosphorylation regulates the binding of autophagy receptors to FIP200 Claw domain for selective autophagy initiation / Z. Zhou, J. Liu, T. Fu, et al. // Nat. Commun. - 2021. - Vol. 12. - №. 2. - P. 400-417.
11. Jewell J. L. Amino acid signalling upstream of mTOR / J. L. Jewell, R. C. Russell, K.-L Guan. // Mol. Cell. Biol. - 2013. - Vol. 14. - №. 3. - P. 133-139.
12. Wong P.-M. The ULK1 complex. Autophagy / P.-M. Wong, C. Puente, I. G. Ganley, et al. // Nat. Rev. - 2013. - Vol. 9. - №. 2. - P. 124-137.
13. Liu C.-C. Cul3-KLHL20 Ubiquitin Ligase Governs the Turnover of ULK1 and VPS34 Complexes to Control Autophagy Termination / C.-C. Liu, Y.- C. Lin, Y.-H. Chen, et al. // Mol. Cell. - 2016. - Vol. 61. - №. 1. - P. 84-97.
14. Yun, C. The Roles of Autophagy in Cancer / C. Yun, S. Lee // Int. J. of Mol. Sci. - 2018. - Vol. 19. - №. 11. - P. 254-269.
15. Yoshida G.J. Therapeutic strategies of drug repositioning targeting autophagy to induce cancer cell death: from pathophysiology to treatment / G.J. Yoshida // J. Hematol. Oncol. - 2017. Vol. 10. - №67. - P. 67...(73)