Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Молекулярное исследование РФП для диагностики метастатического поражения костей на основе фермента лизилоксидазы

Работа №23059

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

биофизика

Объем работы61
Год сдачи2018
Стоимость5700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
356
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 3
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Раковые опухоли 6
1.2 Метастазирование 7
1.3 Рак молочной железы 9
1.3.1 Костные метастазы при раке молочной железы 10
1.4 Лизилоксидаза 12
1.4.1 Кофакторы фермента лизилоксидаза 16
1.5 Субстрат к ферменту лизилоксидаза LOX 17
1.6 In silico моделирование 18
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 23
2.1 Объект исследования 23
2.1.1 Кофактор лизилтирозилхинон 23
2.2 Методы исследования 24
2.2.1 Метод молекулярной механики 26
2.2.2 Метод молекулярного докинга 31
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
3.1 Квантово-химическое моделирование 35
3.2 Молекулярный докинг исследуемых молекул 37
3.3 Молекулярная механика 43
3.4 Сравнение полученных данных с существующим РФП 45
3.5 Биогенез кофактора лизилтирозилхинона 47
3.6 Синтез кофактора лизилтирозилхинона LTQ3 49
3.7 Присоединение радиоактивной метки F18 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 55


В мире около 1,5 млн больных онкологией имеют метастазы в костях. Пациенты с раком легких, молочной железы, предстательной железы и щитовидной железы имеют крайне высокий риск развития костных повреждений и связанных с ними осложнений[1].
Основным методом выявления костных метастазов является рентгенологический метод. Однако этот метод имеет свои пределы и возможности. Недостаточно высока и чувствительность этого метода, делающая раннюю диагностику костных метастазов недостаточно точной. При рентгенографии определяются лишь те деструктивные зоны, где деминерализация костной структуры превышает 30%.
Учитывая множественный характер метастатического поражения костей при метастазировании рака, возникает необходимость в исследовании всего скелета, что практически неосуществимо с помощью рентгенографии, и успешно реализуется посредством метода радионуклидной диагностики.
Опухолевая прогрессия и метастатическое распространение являются сложными, многоступенчатыми процессами, включающими динамические взаимодействия между опухолевыми клетками, стромальными клетками и внеклеточным матриксом (ECM). Гипоксия и ECM являются двумя основными неклеточными компонентами микроокружения опухоли, которые влияют на метастазы [2]. Семейство ферментов лизилоксидазы (LOX) является центральным игроком в ремоделировании ECM, связанным с раком.
Гипоксические клетки рака молочной железы вырабатывают избыточное количество LOX, которое играет критическую роль в прогрессировании опухоли и метастазировании.
Лизилоксидаза играет значительную роль в качестве промотора, опухолевой прогрессии и метастазирования. Это делает LOX идеальной мишенью для ранней диагностики метастазирования костей.
В настоящее время Наганом и Каганом предложен радиофармпрепарат на основе субстрата к ферменту лизилоксидаза. Для взаимодействия же кофактор лизилоксидазы лизилтирозилхинона (LTQ) необходима меньшая концентрация, в связи с большей аффинностью, так как кофактор - это небелковое химическое соединение, которое необходимо для активности фермента. [3].
ЦЕЛЬ: Целью данной работы является предложить молекулярную модель РФП на основе кофактора фермента лизилоксидазы лизилтирозилхинона для ранней диагностики метастазирования костной ткани при раке молочной железы.
Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:
> Построить квантово-химическую модель меченного кофактора лизилоксидазы - лизилтирозилхинона.
> Изучить квантово-химические свойства меченого кофактора лизилтирозилхинона.
> Провести докинг пролизилоксидазы с меченым кофактором и лизилоксидазы LOXс субстратом (уже существующего РФП).
> Провести сравнительный анализ моделей взаимодействия РФП на основе кофактора и субстрата для LOX.
Функциональная молекулярная визуализация экспрессии фермента LOX in vivo откроет новые возможности для неинвазивного обнаружения, постановки и мониторинга терапии рака. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) была использована для многочисленных диагностических и прогностических применений при визуализации рака молочной железы, включая мониторинг реакции на лечение.
В ПЭТ используются короткоживущие радиоизотопы (например, фтор-18 [18F]) для динамического мониторинга биохимических процессов в реальном времени, таких как метаболическая и пролиферативная активность на молекулярном уровне. ПЭТ-визуализация экспрессии ферментов LOX in vivo требует разработки LOX-ферментов, нацеленных на лучевые камеры.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


В ходе исследования были разработаны 3 возможных квантово-химических модели кофактора лизилоксидазы - лизилтирозилхинона, меченого фтором.
В программе HyperChem 8.0 были проведены полуэмпирические расчеты квантово-химических моделей нативного кофактора лизилтирозилхинона, кофермента с атомом фтора присоединенным по положению С19 (LTQ1), по положению С9 (LTQ2), по положению С1 (LTQ3).
Рассчитали для каждой модели общую энергию, градиент и дипольный момент, используя Динамику Ланжевена, моделирующую присутствие растворителя.
По полученным значениям наиболее близка к модели нативного кофактора квантово-химическая модель LTQ3. Она обладает схожим дипольным моментом и значением общей энергии равным -4377,2 ккал/моль. Также LTQ3 обладает наибольшей аффинностью к проферменту, рассчитанной из соотношения констант диссоциации. Все это говорит о более стабильной геометрии данной модели, сравнимой с геометрией нативного кофактора.
Провели докинг всех моделей кофермента к проферменту, а также модели субстрата 18F- GGGDPKGGGGG к ферменту LOX.
Среди всех квантово-химических моделей кофермента, наибольшей энергией связи обладает LTQ3 равной -5,96 ккал/моль. В образовании комплекса между проферментом и кофактором LTQ3 участвуют 5 водородных связей. Субстрат 18F- GGGDPKGGGGG имеет энергию связи с LOX равную -6,1 ккал/моль.
Представили схему биогенеза кофермента лизилтирозилхинона.
Предложили возможный путь синтеза кофактора LTQ3 и реакции
18 присоединения к нему радиоактивной метки в виде радиоизотопа F.
Как мы можем видеть, наша квантово-химическая модель кофактора LTQ3 обладает схожим значением энергии связи с энергией связи субстрата 18F- GGGDPKGGGGG. Исходя из всего вышесказанного, можно предположить, что кофермент LTQ3 покажет хорошие результаты в исследованиях in vitro и in vivo.



1. CRICK, F. Central Dogma of Molecular Biology / F. CRICK // Nature. -1970. - V. 5258. - p. 561-563.
2. Кухта, В. К. Биологическая химия: учебник / В. К. Кухта, Т. С. Морозкина, Э. И. Олецкий, А. Д. Таганович; под ред. А. Д. Тагановича. - Минск: Асар, М.: Издательство БИНОМ, 2008. - 688с.
3. Комов В.П. Биохимия: учеб. для вузов. - М.: Дрофа, 2004 - 640 с.
4. Биохимическая химия: пособие для вузов / под ред. Н.И. Ковалевской. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: издательский центр АКАДЕМИЯ,
2008. -256 с.
5. Day, H.A. i-Motif DNA: Structure, stability and targeting with ligands/
H. A. Day [and all] // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 2014. - V. 22. - p. 4407¬4418.
6. Холомудров, Х.Т. Методы Молекулярной Динамики Для Моделирования Физических И Биологических Процессов/ Х.Т. Холомудров // Физика Элементарных Частиц и Атомного Ядра. - 2003. - Т. 34. - С. 473 - 515.
7. Кобзев, Г.И. Применение неэмпирических и полуэмпирических методов в квантово-химических расчетах: учебное пособие / Г.И. Кобзев - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 150 с.
8. Пырков, Т.В. Молекулярный докинг. Роль не валентных взаимодействий в образовании комплексов белков с нуклеотидами и пептидами/ Т.В. Пырков, И.В. Озеров // Биоорганическая химия. - 2010. - № 4. - С. 1-29.
9. McAllister, S. The tumor-induced systemic environment as a critical regulator of cancer progression and metastasis / S. McAllister, R. A. Weinberg // Nature Cell Biology. - 2014. - V. 16. - p. 717-727.
10. Gartland, A. The role of lysyloxidase, the extracellular matrix and the pre-metastatic niche in bone metastasis / A. Gartland [and all] // Jornal of Bone Oncology. - 2016. - V. 5. - p. 100-103.
11. Alsulaiman, M. Trackman Lysyl oxidase propeptide stimulates osteoblast and osteoclast differentiation and enhances PC3 and DU145 prostate cancer cell effects on bone in vivo/ M. Alsulaiman [and all] // J. Cell Commun. Signal. - 2015. - V. 1. - p. 17-31.
12. Cox, T. R. The hypoxic cancer secretome induce pre-metastatic bone lesions through lysyloxidase/ T. R. Cox [and all] // Nature. - 2015. - V. 522. - p. 106-110.
13. Schwaiger, M. How Many PET Tracers Do We Need? / M. Schwaiger, H. Wester // Nucl. Med. - 2011. - V. 52. - p. 36-41.
14. Кушлинский, Н.Е. Система rank/rankl/opg при метастазах и первичных новообразованиях костей / Н.Е. Кушлинский, Ю.А. Тимофеев, Е.С. Герштейн // Молекулярная медицина. - 2013. - №6. - С. 3-10.
15. Таипов, М.А. Роль каскада циклооксигеназы-2 в метастазировании рака молочной железы / М.А. Таипов [и др.] // Мамология. - 2013. - №3. - С. 12¬
17.
16. Аполихин, О.И. Диагностика нарушений костного метаболизма при онкологических заболеваниях/ О.И Аполихин, Б.Я. Алексеев, А.В. Сивков // Исследования и практика в медицине. - 2015. Т. 2. - №4. - С. 88-97.
17. Plathow, C. Tumor Cell Metabolism Imaging / C. Plathow, W. A. Weber // Nucl. Med. - 2016. - V. 49. - p.43-63.
18. Erler, J. T. Hypoxia-Induced Lysyl Oxidase Is a Critical Mediator of Bone Marrow Cell Recruitment to Form the Premetastatic Niche / J. T. Erler [and all] // Cancer Cell. - 2009. - V. 15. - p. 35-44.
19. Jacobson, O. Novel Method for Radiolabeling and Dimerizing Thiolated Peptides Using 18F-Hexafluorobenzene / O. Jacobson [and all] // Bioconjugate Chemistry. - 2015. - V. 26. - p. 2016-2020.
20. Wuest, M. Targeting lysyl oxidase for molecular imaging in breast cancer / M. Wuest [and all] // Breast Cancer Research. - 2015. - V. 17. - p. 100-107.
21. Siqueira, J. Clinical and Preclinical Use of LOX-1-Specific Antibodies in Diagnostics and Therapeutics / J. De Siqueira, I. Abdul Zani, D. A. Russell // J. of Cardiovasc. Trans. Res. - 2015. - V. 8. - p. 458-465.
22. Thomas, R. C. Lysyl Oxidase, a Targetable Secreted Molecule Involved in Cancer Metastasis / R. Cox Thomas, A. Gartland, J. T. Erler // Cancer Research. - 2016. - V. 76. - p. 188-192.
23. Kanagasabai, B. Multistep Modeling Strategy to Improve the Binding Affinity Prediction of PET Tracers to Amyloid A#42: A Case Study with Styrylbenzoxazole Derivatives / B. Kanagasabai [and all] // ACS Chem Neurosci. -2016. - V. 7. - p. 1698-1705.
24. Christelle, M. Quantification of в-aminopropionitrile, an inhibitor of lysyl oxidase activity, in plasma and tumor of mice by liquid chromatography tandem mass spectrometry / M. Christelle [and all] // Biomed. Chromatogr. - 2014. - V. 28. -
p. 1017-1023.
25. Mure, M. Synthesis and Characterization of Model Compounds of the Lysine Tyrosyl Quinone Cofactor of Lysyl Oxidase / M. Mure, S. X. Wang, J.P. Klinman // J. Am. Chem. Soc. - 2003. - V. 125. - p. 6113-6125.
26. Klinman, J. P. Intrigues and Intricacies of the Biosynthetic Pathways for the Enzymatic Quinocofactors: PQQ, TTQ, CTQ, TPQ, and LTQ / J. P. Klinman, F. Bonnot // Chem. Rev. - 2014. - V. 114. - p. 4343-4365.
27. Mading, P. Module-assisted synthesis of the bifunctional labelling agent N-succinimidyl 4-[18F] fluorobenzoate ([18F] SFB) / P. Mading, F. Fuchtner, F. Wust // Applied Radiation and Isotopes. - 2005. - V. 63. - p. 329-332.
28. Peinado, H. Pre-metastatic niches: organ-specific homes for metastases / H. Peinado [and all] // Nat Rev Cancer. - 2017. - V. 17. - p. 302-317.
29. Sanchez-Morgan, N. UXT Is a LOX-PP Interacting Protein That Modulates Estrogen Receptor Alpha Activity in Breast Cancer Cells / N. Sanchez- Morgan [and all] // Send to J Cell Biochem. - 2017. - V. 118. - p. 2347-2356.
30. Lynch, M. Investigation into Structural Changes of the Copper Binding Site in Lysyl Oxidase upon Substrate and Inhibitor Docking / M. Lynch, F. Ryvkin // Inorganic Chemistry. - 2013. - V. 21. - p. 50-57.
31. Swechha, M. Structural analysis of protein lysyl oxidase: modelling and simulation study / M. Swechha, K. Puneet, S. Sangeeta // J. of Biotech Research. -2017. - V. 8. - p. 9-17.
32. Шадрина, М.С. Молекулярный докинг производных гуанозиннуклеотидов в гтф-связывающие белки / М.С. Шадрина [и др.] // Вестн. Моск. Ун-та. - 2005. - Т. 46. - № 6. - С. 363- 369.
33. Faina, R. A peptide model of the copper-binding region of lysyl oxidase /
R. Faina, T.G. Frederick // Journal of Inorganic Biochemistry. - 2004. - V. 98. - p. 1427-1435.
34. Kufareva, I. Methods of protein structure comparison / I. Kufareva, R. Abagyan // Methods Mol. Biol. - 2012. - V. 857. - p. 231-257.
35. Bollinger, J. A. The Formation of Lysine Tyrosylquinone (LTQ) Is a Self-Processing Reaction. Expression and Characterization of a Drosophila Lysyl Oxidase / J. A. Bollinger, D.E. Brown, D. M. Dooley // Biochemistry. - 2005. - V. 44. - p. 11708-11714.
36. Minae, M. Tyrosine-Derived Quinone Cofactors / M. Minae // Acc. Chem. Res. - 2004. - V. 37. - p. 131-139.
37. Smith-Mungo, LI. Lysyl oxidase: properties, regulation and multiple functions in biology / LI. Smith-Mungo, HM. Kagan // Matrix Biol. - 1998. - V. 16. -
p. 387-98.
38. Ward, ST. Evaluation of serum lysyl oxidase as a blood test for colorectal cancer / ST. Ward [and all] // Eur. J. Surg. Oncol. - 2014. - V. 40. - p. 731¬738.
39. Minae, M. Synthesis and Characterization of Model Compounds of the Lysine Tyrosyl Quinone Cofactor of Lysyl Oxidase / M. Minae [and all] // J. Am. Chem. Soc. - 2003. - V. 125. - p. 6113-6125.
40. Woo, HJ. Calculation of absolute protein-ligand binding free energy from computer simulations / HJ. Woo, B. Roux // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. -
2005. - V. 102. - p. 6825-6830.
41. Innis, RB. Consensus nomenclature for in vivo imaging of reversibly binding radioligands / RB. Innis [and all] // J. Cereb. Blood Flow. Metab. - 2007. - V.
27. - p. 1533-1539.
42. Yuqing, D. Computations of Standard Binding Free Energies with Molecular Dynamics Simulations / D. Yuqing, R. Benoit // J. Phys. Chem. B. - 2009.
- V. 113. - p. 2234-2246.
43. Shokry, H. Molecular dynamics simulation and quantum chemical calculations for the adsorption of some Azo-azomethine derivatives on mild steel / H. Shokry // Journal of Mol. Structure. - 2014. - V. 1060. - p. 80-87.
44. Thanikaivelan, P. Application of quantum chemical descriptor in quantitative structure activity and structure property relationship / P. Thanikaivelan [and all] // Chemical Physics Letters. - 2000. - V. 323. - p. 59-70.
45. Zhang, X. Crystal structure of human lysyl oxidase-like 2 (hLOXL2) in a precursor state / X. Zhang [and all] // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. - 2018. - V. 115. -
p. 3828-3833.
46. Garrett, M. M. Automated docking using a Lamarckian genetic algorithm and an empirical binding free energy function / M. M. Garrett [and all] // Journal of Computational Chemistry. - 1998. - V. 19. - p. 1639-1662.
47. Jan, F. A New Lamarckian Genetic Algorithm for Flexible Ligand¬Receptor Docking / F. Jan, Hans-Peter L., Dirk N. // J Comput. Chem. - 2010. - V. 31.
- p. 1911-1918.
48. Андриенко, О.С. Практические методы введения фтора в органические соединения : изд-во НТЛ / О.С. Андриенко, В.И. Сачков, В.А. Яновский. - Томск. - 2010. - C. 176.
49. Sutcliffe-Goulden, J. L. Solid Phase Synthesis of [18F]Labelled Peptides for Positron Emission Tomography / J. L. Sutcliffe-Goulden, M. J. O'Doherty, S. S. Bansal // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. - 2000. - V. 10. - p. 1501-1503.
50. Richter, S. Re-routing the metabolic pathway of 18F-labelled peptides: The influence of prosthetic groups / S. Richter [and all] // Bioconjugate Chem. - 2015. - V. 26. - p. 201-212.
51. Ahn, S.G. LOXL2 expression is associated with invasiveness and negatively influences survival in breast cancer patients / S.G. Ahn [and all] // Breast Cancer Res. Treat. - 2013. - V. 141. - p. 89-99.
52. Wang, S. X. A Crosslinked Cofactor in Lysyl Oxidase: Redox Function for Amino Acid Side Chains / S. X. Wang [and all] // Science. - 2000. - V. 273. - p. 1078-1084.
53. Judith, P. K. Intrigues and intricacies of the biosynthetic pathways for the enzymatic quinocofactors: PQQ, TTQ, CTQ, TPQ, and LTQ / K.P. Judith, F. Bonnot // Chem. Rev. - 2014. - V.114. - p. 4343-4365.
54. Wang, T.H. Lysyl oxidase and the tumor microenvironment / T.H. Wang,
S.M. Hsia, T.M. Shieh // Int. J Mol. Sci. - 2016. - V. 18. - p. 528-544.
55. Chang, J. Pre-clinical evaluation of small molecule LOXL2 inhibitors in breast cancer / J. Chang [et all] // Oncotarget. - 2017. - V. 8. - p. 26066-26078.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ