📄Работа №217619
Тема: Ковалентный докинг лигандов RNF126
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
Химия
Объем:
149 листов
Год:
2024
Просмотров:
3
4920
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Аннотация
Введение 6
1 Литературный обзор 8
1.1 Стратегия ковалентного ингибирования в медицинской химии 8
1.1.1 Ковалентное ингибирование как терапевтическая стратегия 8
1.2 Подходы к открытию новых ковалентных лигандов 13
1.2.1 Инструментальные методы открытия ковалентных лигандов 13
1.2.2 Стратегии открытия ковалентных лигандов in silico 17
1.3 RNF126 как новая Е3-лигаза для рекрутирования в подходах
направленного протеолиза 20
1.3.1 RNF126. Структура, функции и биологическая роль 24
1.3.2 Лиганды RNF126 26
2 Результаты и их обсуждение 32
2.1 Подготовка структуры белка 33
2.2 Создание структур библиотеки 34
2.3 Ковалентный докинг референсного лиганда 36
2.3.1 Влияние гетероциклического фрагмента на аффинность
связывания 42
2.4 Симуляция молекулярной динамики соединений-хитов 57
2.5 PROTAC RNF126-CRBN 65
3 Экспериментальная часть 73
3.1 Компьютерное моделирование 73
Заключение 75
Список используемой литературы и используемых источников 77
Приложение А Тепловая карта для 2 положения 83
Приложение Б Результаты стыковки сгенерированной библиотеки 85
Приложение В Отчеты молекулярно-динамической симуляции 123
Введение 6
1 Литературный обзор 8
1.1 Стратегия ковалентного ингибирования в медицинской химии 8
1.1.1 Ковалентное ингибирование как терапевтическая стратегия 8
1.2 Подходы к открытию новых ковалентных лигандов 13
1.2.1 Инструментальные методы открытия ковалентных лигандов 13
1.2.2 Стратегии открытия ковалентных лигандов in silico 17
1.3 RNF126 как новая Е3-лигаза для рекрутирования в подходах
направленного протеолиза 20
1.3.1 RNF126. Структура, функции и биологическая роль 24
1.3.2 Лиганды RNF126 26
2 Результаты и их обсуждение 32
2.1 Подготовка структуры белка 33
2.2 Создание структур библиотеки 34
2.3 Ковалентный докинг референсного лиганда 36
2.3.1 Влияние гетероциклического фрагмента на аффинность
связывания 42
2.4 Симуляция молекулярной динамики соединений-хитов 57
2.5 PROTAC RNF126-CRBN 65
3 Экспериментальная часть 73
3.1 Компьютерное моделирование 73
Заключение 75
Список используемой литературы и используемых источников 77
Приложение А Тепловая карта для 2 положения 83
Приложение Б Результаты стыковки сгенерированной библиотеки 85
Приложение В Отчеты молекулярно-динамической симуляции 123
📖 Аннотация
В данной работе проведено компьютерное моделирование ковалентного связывания лигандов с E3-убиквитинлигазой RNF126 с целью разработки молекулярных клеев для стратегий направленного протеолиза. Актуальность исследования обусловлена растущим интересом к таргетным ковалентным ингибиторам, которые, в отличие от традиционных соединений, обеспечивают высокую селективность и длительность действия, что особенно перспективно для создания новых терапевтических агентов. В результате ковалентного докинга референсного соединения, 1-(4-метоксифенил)-4-(пиперазин-1-ил)бут-2-ен-1,4-диона, было установлено, что его присоединение к реактивному цистеину Cys15 RNF126 возможно по двум атомам углерода двойной связи с образованием идентичных по энергии комплексов. Молекулярно-динамическое моделирование подтвердило стабильность комплекса и выявило ключевые особенности связывания: жесткую фиксацию арильного фрагмента в гидрофобном кармане и подвижность пиперазинового мотива. На основе этих данных была создана и проанализирована виртуальная комбинаторная библиотека из 700 соединений, среди которых идентифицированы кандидаты, превосходящие исходный лиганд по расчетной свободной энергии связывания, что указывает на перспективность структурной модификации, в частности введения галоген- или алкоксизаместителей. Научная значимость работы заключается в углублении понимания механизмов ковалентного взаимодействия с RNF126 и разработке методологии in silico для поиска новых рекрутеров. Практическая ценность состоит в создании основы для последующего синтеза и биологической валидации потенциальных индукторов деградации белков. Теоретической основой исследования послужили работы, посвященные стратегиям ковалентного ингибирования (Baillie T.A.), дизайну реверсивных
📖 Введение
Молекулярные клеи - это новый подход в создании соединений, способных привлекать БЭ-лигазы. Эти небольшие молекулы обладают способностью точно связываться с целевыми мишенями, что делает их эффективным инструментом для изучения и регулирования биологических процессов. В отличие от традиционных ингибиторов, молекулярные клеи обеспечивают более точное и эффективное воздействие на целевые молекулы, открывая новые перспективы в области фармацевтической химии и биомедицинских исследований.
В человеческом геноме найдено около 600 различных БЭ-лигаз, каждая из которых играет ключевую роль в системе убиквитинилированию и деградации протеинов. Эти ферменты способны добавлять убиквитин к целевым белкам, помечая их для последующего разложения и обеспечивая контроль уровня белков в клетке. Разнообразие БЭ-лигаз позволяет точно настраивать и регулировать различные аспекты клеточного метаболизма - от ответа на стресс до цикла клеточного деления, что подчеркивает значимость этих ферментов для поддержания нормальной функциональности клеток и организма в целом.
Ковалентное присоединение играет важную роль в разработке молекулярных клеев и других соединений, способных привлечь БЭ-лигазы. Этот подход открывает новые возможности для создания устойчивых и долговременных комплексов с целевыми мишенями, что стимулирует развитие новых стратегий лечения и борьбы с различными заболеваниями. Применение ковалентного связывания значительно расширяет ассортимент лекарственных препаратов для борьбы с трудноизлечимыми заболеваниями, такими как рак, нейродегенеративные расстройства и автоиммунные заболевания. Помимо этого, данная стратегия предоставляет возможность ингибировать широкий спектр мишеней, включая те, которые ранее считались недоступными для медикаментозного воздействия, что значительно повышает эффективность и разнообразие лекарственных препаратов.
Примером успешной разработки ковалентных лигандов для целевых мишеней может служить работа с БЭ-лигазой RNF126. Эта лигаза стала объектом интереса для создания рекрутеров, которые могут ковалентно связываться с ней и модулировать ее активность. Успешные эксперименты с разработанными лигандами для RNF126 подтвердили их способность эффективно взаимодействовать с мишенью, открывая путь к созданию новых лекарственных соединений. Более того, разработанные лиганды для RNF126 могут служить основой для дальнейшего улучшения и оптимизации, что позволит расширить спектр ингибиторов и углубить понимание механизмов, лежащих в основе регуляции клеточных процессов. Такие инновационные подходы не только способствуют разработке новых лекарственных препаратов, но и демонстрируют потенциал ковалентного связывания как эффективного метода в лекарственной химии и биомедицинских исследованиях.
Целью данной работы стало расширение химического пространства новых рекрутеров БЭ-лигазы RNF126, содержащих фрагмент фумаровой кислоты в качестве акцептора Михаэля, с помощью подходов ковалентного докинга.
Задачи:
1. Проведение ковалентной стыковки и молекулярной динамики - 1 -(4-метоксифенил)-4-(пиперазин-1 -ил)бут-2-ен-1,4-диона - референсной боеголовки Номуры, а также анализ ее способа связывания.
2. Создание, подготовка и проведение ковалентного докинга библиотеки соединений на основе референсного лиганда с последующей нтификацией первичных хитов виртуального скрининга и их молекулярно-динамическая симуляция.
3. Проведение ковалентной стыковки и молекулярной динамики небольшой библиотеки PROTAC CRBN-RNF126.
В человеческом геноме найдено около 600 различных БЭ-лигаз, каждая из которых играет ключевую роль в системе убиквитинилированию и деградации протеинов. Эти ферменты способны добавлять убиквитин к целевым белкам, помечая их для последующего разложения и обеспечивая контроль уровня белков в клетке. Разнообразие БЭ-лигаз позволяет точно настраивать и регулировать различные аспекты клеточного метаболизма - от ответа на стресс до цикла клеточного деления, что подчеркивает значимость этих ферментов для поддержания нормальной функциональности клеток и организма в целом.
Ковалентное присоединение играет важную роль в разработке молекулярных клеев и других соединений, способных привлечь БЭ-лигазы. Этот подход открывает новые возможности для создания устойчивых и долговременных комплексов с целевыми мишенями, что стимулирует развитие новых стратегий лечения и борьбы с различными заболеваниями. Применение ковалентного связывания значительно расширяет ассортимент лекарственных препаратов для борьбы с трудноизлечимыми заболеваниями, такими как рак, нейродегенеративные расстройства и автоиммунные заболевания. Помимо этого, данная стратегия предоставляет возможность ингибировать широкий спектр мишеней, включая те, которые ранее считались недоступными для медикаментозного воздействия, что значительно повышает эффективность и разнообразие лекарственных препаратов.
Примером успешной разработки ковалентных лигандов для целевых мишеней может служить работа с БЭ-лигазой RNF126. Эта лигаза стала объектом интереса для создания рекрутеров, которые могут ковалентно связываться с ней и модулировать ее активность. Успешные эксперименты с разработанными лигандами для RNF126 подтвердили их способность эффективно взаимодействовать с мишенью, открывая путь к созданию новых лекарственных соединений. Более того, разработанные лиганды для RNF126 могут служить основой для дальнейшего улучшения и оптимизации, что позволит расширить спектр ингибиторов и углубить понимание механизмов, лежащих в основе регуляции клеточных процессов. Такие инновационные подходы не только способствуют разработке новых лекарственных препаратов, но и демонстрируют потенциал ковалентного связывания как эффективного метода в лекарственной химии и биомедицинских исследованиях.
Целью данной работы стало расширение химического пространства новых рекрутеров БЭ-лигазы RNF126, содержащих фрагмент фумаровой кислоты в качестве акцептора Михаэля, с помощью подходов ковалентного докинга.
Задачи:
1. Проведение ковалентной стыковки и молекулярной динамики - 1 -(4-метоксифенил)-4-(пиперазин-1 -ил)бут-2-ен-1,4-диона - референсной боеголовки Номуры, а также анализ ее способа связывания.
2. Создание, подготовка и проведение ковалентного докинга библиотеки соединений на основе референсного лиганда с последующей нтификацией первичных хитов виртуального скрининга и их молекулярно-динамическая симуляция.
3. Проведение ковалентной стыковки и молекулярной динамики небольшой библиотеки PROTAC CRBN-RNF126.
✅ Заключение
По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- проведен ковалентный докинг 1-(4-метоксифенил)-4-(пиперазин-1- -ил)бут-2-ен-1,4-диона - необратимо связывающегося лиганда RNF126. Обнаружено, что присоединение к реактивному цистеину мишени как по первому (ближний к гетероциклическом фрагменту), так и по второму (ближний к ароматической системе) атомам углерода, формирующим двойную связь в фумаровом фрагменте, дает идентичные позы как по способу связывания, так и по скорингу (CDock Affinity = -1287.82 ккал/моль и MM-GBSA= -21.30 ккал/моль). Молекулярно-динамическая симуляция показала, что 4-метоксифенильный фрагмент относительно неподвижен и связывается в небольшой гидрофобной области на поверхности белка рядом с Cys15, а пиперазиновый мотив свободно колеблется в зоне растворителя. Максимальное RMSD атомов белка составило 6.5 А, атомов лиганда - 5.4 А. В качестве направлений для модификации выбрано введение в фенильное кольцо различных заместителей, а также замена гетероциклического скаффолда;
- создана и подготовлена виртуальная комбинаторная библиотека соединений на основе референсного лиганда, содержащая 700 структур, проведен ее ковалентный докинг. Только несколько соединений смогли превзойти нативный лиганд по значению CDock Affinity, однако около сотни структур ранжировались выше референса по значению свободной энергии связывания MM-GBSA AGbind. Как правило, в верхних строчках рейтинга можно встретить рекрутеры, содержащие фтор, хлор или метокси-группу в качестве заместителей в фенильном кольце, а также такие гетеорциклические мотивы как 1-(пиримидин-5ил)-1,4-диазепан, 1-(пиридин-4-ил)-1,4-диазепан или А-(пиперидин-4-ил)пиридин-4-амин. В качестве хитов отобраны три соединения - 23 с o-OMe заместителем в фенильном кольце (CDock Affinity = = -2.688 ккал/моль, MM-GBSA = -26.71 ккал/моль), 28 с м-Cl заместителем
(CDock Affinity = -2.665 ккал/моль, MM-GBSA = -25.47 ккал/моль)
и 37 с o-SMe радкалом (CDock Affinity = -2.472 ккал/моль, MM-GBSA = = 26.71 ккал/моль). Проведена молекулярно-динамическая симуляция
идентифицированных лидеров. Только одно из отобранных соединений-хитов - 23 - демонстрирует образование стабильного комплекса в ходе симуляции (RMSD Са ~ 4.4 А) и может быть рекомендовано для дальнейших более точных in silico исследований, синтеза и тестирования;
- проведена ковалентная стыковка библиотеки деградеров RNF126-CRNB, включающих в структуру талидомидный остов в роли рекрутера CRBN, и 4-(4-метоксифенил)-4-оксобут-2-еноновый мотив в качестве рекрутера RNF126, соединенные через пиперазиновый или 3,9-диазоспиро[5.5]ундекановый линкеры. В целом все соединения продемонстрировали лучший скоринг по MM-GBSA AGBind, чем нативный лиганд, но никому по-прежнему не удалось превзойти последний по значениям CDock Affinity (лучшее (40) CDock Affinity = -2.174 ккал/моль, худшее (39) CDock Affinity = -1.762 ккал/моль). Лидирующими оказалось соединение 40 - производное спироцикла, присоединенного к четвертому положению фталимидного остова. Можно отметить, что вероятнее всего, все соединения будут способны связываться с RNF126, однако сделать вывод об силе этого связывания относительно референса не удалось.
- проведен ковалентный докинг 1-(4-метоксифенил)-4-(пиперазин-1- -ил)бут-2-ен-1,4-диона - необратимо связывающегося лиганда RNF126. Обнаружено, что присоединение к реактивному цистеину мишени как по первому (ближний к гетероциклическом фрагменту), так и по второму (ближний к ароматической системе) атомам углерода, формирующим двойную связь в фумаровом фрагменте, дает идентичные позы как по способу связывания, так и по скорингу (CDock Affinity = -1287.82 ккал/моль и MM-GBSA= -21.30 ккал/моль). Молекулярно-динамическая симуляция показала, что 4-метоксифенильный фрагмент относительно неподвижен и связывается в небольшой гидрофобной области на поверхности белка рядом с Cys15, а пиперазиновый мотив свободно колеблется в зоне растворителя. Максимальное RMSD атомов белка составило 6.5 А, атомов лиганда - 5.4 А. В качестве направлений для модификации выбрано введение в фенильное кольцо различных заместителей, а также замена гетероциклического скаффолда;
- создана и подготовлена виртуальная комбинаторная библиотека соединений на основе референсного лиганда, содержащая 700 структур, проведен ее ковалентный докинг. Только несколько соединений смогли превзойти нативный лиганд по значению CDock Affinity, однако около сотни структур ранжировались выше референса по значению свободной энергии связывания MM-GBSA AGbind. Как правило, в верхних строчках рейтинга можно встретить рекрутеры, содержащие фтор, хлор или метокси-группу в качестве заместителей в фенильном кольце, а также такие гетеорциклические мотивы как 1-(пиримидин-5ил)-1,4-диазепан, 1-(пиридин-4-ил)-1,4-диазепан или А-(пиперидин-4-ил)пиридин-4-амин. В качестве хитов отобраны три соединения - 23 с o-OMe заместителем в фенильном кольце (CDock Affinity = = -2.688 ккал/моль, MM-GBSA = -26.71 ккал/моль), 28 с м-Cl заместителем
(CDock Affinity = -2.665 ккал/моль, MM-GBSA = -25.47 ккал/моль)
и 37 с o-SMe радкалом (CDock Affinity = -2.472 ккал/моль, MM-GBSA = = 26.71 ккал/моль). Проведена молекулярно-динамическая симуляция
идентифицированных лидеров. Только одно из отобранных соединений-хитов - 23 - демонстрирует образование стабильного комплекса в ходе симуляции (RMSD Са ~ 4.4 А) и может быть рекомендовано для дальнейших более точных in silico исследований, синтеза и тестирования;
- проведена ковалентная стыковка библиотеки деградеров RNF126-CRNB, включающих в структуру талидомидный остов в роли рекрутера CRBN, и 4-(4-метоксифенил)-4-оксобут-2-еноновый мотив в качестве рекрутера RNF126, соединенные через пиперазиновый или 3,9-диазоспиро[5.5]ундекановый линкеры. В целом все соединения продемонстрировали лучший скоринг по MM-GBSA AGBind, чем нативный лиганд, но никому по-прежнему не удалось превзойти последний по значениям CDock Affinity (лучшее (40) CDock Affinity = -2.174 ккал/моль, худшее (39) CDock Affinity = -1.762 ккал/моль). Лидирующими оказалось соединение 40 - производное спироцикла, присоединенного к четвертому положению фталимидного остова. Можно отметить, что вероятнее всего, все соединения будут способны связываться с RNF126, однако сделать вывод об силе этого связывания относительно референса не удалось.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.