Методы, использующиеся в биоинформатике для анализа макромолекул и создания лекарств. Часть 3. - BioinforMatix.ru - портал по биоинформатике, имейджингу и биософту

Методы, использующиеся в биоинформатике для анализа макромолекул и создания лекарств. Часть 3.

Печать E-mail
Автор Арчаков А.И.   
17.10.2008 г.

Часть 3.  От структуры –   к  механизмам функционирования макромолекул.

На основе построеннной модели трехмерной структуры макромолекулы-мишени, например, фермента, методами молекулярной динамики можно изучать механизмы функционирования макромолекул. При этом моделируется роль отдельных функциональных групп в каталитическом акте, вероятные движения субстрата и продукта реакции по отношению  к  активному центру фермента.

Рассмотрим это на примере недавно построенной модели трехмерной структуры цитохрома Р450 1А2.

На первом этапе был проведен сравнительный анализ первичных структур 4-х бактериальных цитохромов, пространственная структура которых определена экспериментально, с аминокислотной последовательностью CYP1A2.

Трехмерные координаты атомов, расположенных в структурно-консервативных участках, для молекулы CYP1A2 были взяты из соответствующих участков бактериальных цитохромов P450. Для петель белковой цепи, которые не вошли в состав структурно-консервативных фрагментов, координаты подбирались из гомологичных участков различных белков из PDB или создавались de novo. Полученная структура CYP1A2 была оптимизирована с помощью процедуры минимизации энергии.

Качество полученной модели проверялось с помощью широко применяемых в литературе специализированных программ ERRAT и PROCHECK, первая из которых оценивает невалентные межатомные взаимодействия, а вторая - стереохимические параметры полипептидной цепи и каждого аминокислотного остатка. Полученные результаты позволяют рассматривать эту модель как достоверную.

Модели комплексов CYP1A2 с субстратами - кофеином и 7-этоксирезоруфином - были построены с помощью геометрического докинга, выполненного с применением созданной в НИИ биомедхимии РАМН компьютерной программы DockSearch, с последующей оптимизацией методами молекулярной динамики в присутствии воды.

Методы биоинформатики в настоящее время эффективно используются для выяснения механизма взаимодействия макромолекул (узнавания). Методы "стыковки" (докинга) или нахождения в белках мест взаимодействия с низкомолекулярными лигандами или друг с другом начинают доминировать не только в конструировании новых лекарств, но и в исследованиях механизма взаимодействия (узнавания) белковых молекул.

В качестве примера можно привести исследования, выполненные в НИИ биомедхимии РАМН по анализу взаимодействия друг с другом цитохромов b5 и P450cam (CYP 101). В PDB имеются файлы с кристаллической структурой цитохрома Р450cam и водорастворимого фрагмента цитохрома b5 (t-b5).  К  сожалению, до сих пор не получены кристаллы полноразмерного цитохрома b5 (d-b5), содержащего кроме водорастворимого фрагмента (t-b5), еще и мембранный участок, обеспечивающий его встраивание в мембрану. Поэтому на первом этапе работы мембранный фрагмент был с помощью докинга пристыкован  к  кристаллической структуре (t-b5) с последующей оптимизацией данной структуры в двухфазной системе вода/бензол. После этого кристаллические структуры цитохромов P450cam и t-b5, а также сгенерированная из t-b5 и мембранного участка модель (d-b5) были подвергнуты докингу с целью определения мест связывания и прочности присоединения образовавшихся комплексов (рис.10 и рис.11). Оказалось, что t-b5 и d-b5 имеют различные центры связывания на цитохроме P450cam и при этом комплексы t-b5 с цитохромом P450cam оцениваются как намного более прочные в сравнении с комплексами d-b5 с цитохромом P450cam (красные круги на рис.11). Экспериментальная проверка с помощью биосенсорного анализа реакции комплексообразования t- и d-b5 с цитохромом P450cam полностью подтвердила сделанные предсказания: Kd для комплекса t-b5 с цитохромом P450cam равна 0.1+0.05 х 10-7 М, а для комплекса d-b5 с цитохромом P450cam - соответственно 0.4+0.1 х 10-5 М (рис.12).

Таким образом, методы молекулярного моделирования с последующим докингом и молекулярной динамикой являются в настоящее время важным методическим инструментом для исследования механизма функционирования макромолекул.

 

Читайте также:

Биоинформатика: геном уникальности
Биоинформатика: Виртуальный эксперимент в шаге от реальности. Часть 1
Последнее обновление ( 03.04.2009 г. )
 
« Пред.   След. »