Молекулярный дизайн потенциальных ингибиторов киназы гликогенсинтазы 3

• Автор: Осолодкин, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 02.00.03, 02.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Роль киназы гликогенсинтазы 3 в организме человека.

1.2. Гомологи киназы гликогенсинтазы 3.

1.3. Структура и регуляция киназы гликогенсинтазы

1.4. Ингибиторы киназы гликогенсинтазы 3.

1.4.1. Конкурентные ингибиторы киназы гликогенсинтазы

1.4.2. Нско1курентные ингибиторы киназы гликогенсинтазы 3.

1.5. Соотношения структураактивность для ингибиторов киназы гликогенсинтазы 3.

1.6. Поиск ингибиторов киназы гликогенсинтазы 3 с помощью виртуального скрининга Глава 2. Поиск и дизайн конкурентных ингибиторов

2.1. Выборка ингибиторов 3. Представление ингибиторной активности

2.2. Консервативный виртуальный скрининг.
2.2.1. Система консервативного виртуального скрининга
2.2.2. Построение системы виртуального скрининга.
2.2.2.1. Выборки
2.2.2.2. Выбор структуры киназы для докинга.
2.2.2.3. Фармакофорный поиск
2.2.2.4. Моделирование с помощью одноклассового классификатора
2.2.3. Валидация системы виртуального скрининга
2.2.3.1. Докинг воспроизведение кристаллической структуры
2.2.3.2. Статистическая валидация систем виртуального скрининга.
2.2.4. Виртуальный скрининг библиотеки I
2.2.4.1. Библиотека соединений
2.2.4.2. Виртуальный скрининг методом докинга.
2.2.4.3. Виртуальный скрининг по фармакофорной гипотезе.
2.2.4.4. Виртуальный скрининг методом одноклассовой классификации.
2.2.4.5. Перекрстный виртуальный скрининг
2.3. Нсконссрвативный виртуальный скрининг.
2.3.1. Поиск по наличию подструктуры.
2.3.2. Фармакофорный поиск по электростатическому подобию
2.4. Количественные соотношения пространственная структура активность для
конкурентных ингибиторов
2.4.1. Моделирование 3 для серии алоизинов
2.4.2. Моделирование 3 для серии индирубинов
2.4.3. Моделирование 3 для серии малсимидов.
2.4.4. Моделирование 3 для серии пауллонов
2.4.5. Моделирование 3 для серии Мфенип4пиразоло1,5Ьпиридазин3илпиримидин2аминов
2.4.6. Прогноз активности на основе моделей 3.
2.5. Дизайн ингибиторов 3 v
Глава 3. Неконкурентные ингибиторы анализ места связывания и виртуальный скрининг.
3.1. Методология исследования
3.2. Результаты моделирования
3.2.1. Поиск области связывания манзамина А на поверхности киназы
3.2.2. Конформационный анализ молекулы манзамина А.
3.2.2.1. Конформационный анализ молекулы манзамина А
3.2.2.2. Конформационное поведение лиганда в комплексах.
3.2.2.3. Поведение лиганда в водном растворе
3.2.3. Моделирование молекулярной динамики комплексов
3.2.3.1. Траектория молекулярной динамики апоформы киназы
3.2.3.2. Траектория молекулярной динамики для области 1.
3.2.3.3. Траектория молекулярной динамики для области П.
3.2.3.4. Траектория молекулярной динамики для области Ш.
3.2.3.5. Траектория молекулярной динамики для области IV
3.2.4. Анализ корреляционных карт
3.2.5. Оценка энергии связывания.
3.2.6. Ранжирование областей связывания
3.3. Виртуальный скрининг и дизайн неконкурентных ингибиторов
Глава 4. Киназа гликогенсинтазы 3 у паразитических организмов как мишень потенциальных антипаразитарных препаратов.
4.1. Анализ аминокислотных последовательностей 3.
4.2. Моделирование пространственной структуры 3 паразитов
4.3. Виртуальный скрининг и дизайн ингибиторов 3 паразитов.
4.3.1. Дизайн ингибиторов 3 паразитов
4.3.1.1. Дизайн ингибитора 3 ii
4.3.1.2. Дизайн ингибитора 3 i .
4.3.1.3. Дизайн ингибитора 3 i iii
4.3.2. Поиск потенциальных ингибиторов З в библиотеке .
Глава 5. Методы исследования.
5.1. Методы исследования количественных соотношений пространственная структура активность
5.2. Виртуальный скрининг.
5.2.1. Подготовка библиотек соединений
5.2.2. Подготовка к докингу и генерация предполагаемых структур комплексов ингибиторов и киназы.
5.2.3. Валидация системы виртуального скрининга.
5.2.4. Докинг библиотеки I.
5.2.5. Фармакофорный поиск
5.2.6. Одноклассовая классификация
5.2.7. Виртуальный скрининг по наличию подструктуры.
5.2.8. Виртуальный скрининг по электростатическому подобию
5.3. Дизайн ингибиторов v.
5.4. Анализ механизма неконкурентного ингибирования манзаминами.
5.4.1. Молекулярный докинг
5.4.2. Анализ результатов докинга.
5.4.3. Моделирование молекулярной динамики
5.4.4. Конформационный поиск
5.4.5. Анализ результатов молекулярной динамики и конформационного поиска
5.4.6. Методология
5.5. Биоинформационный анализ.
5.5.1. Филогенетический анализ
5.5.2. Построение моделей структуры киназы
Выводы.
Список литературы


Пространственная структура 3 подавляющего большинства паразитов неизвестна. Ранее проводилось моделирование и подробный анализ структуры 3 . Модель структуры 3IIii6 киназы ii i была изучена методом молекулярной динамики , однако данное исследование имеет ограниченное значение для разработки новых антипаразитарных средств. Структура 3 . ЗЕЗР была опубликована декабря года, когда данная диссертационная работа была завершена и подготовлена к печати в данной структуре разупорядочена глициновая петля, что не позволяет проводить какойлибо анализ селективности или возможных способов связывания без моделирования недостающего фрагмента. По состоянию на октябрь года в базе данных имелись структуры киназы гликогенсинтазы 3 в комплексе с различными молекулами, определнных методом рентгеноструктурного анализа. Краткая информация об этих структурах приведена в таблице 1. Таблица 1. Структуры 3 в базе . ИН и vv Уч 0 0 о он 1 1. V ту, , 2 2. X 1 2. I3 альстерпауллон 4 2. Ц он Ьо5 2. Ь ск о 6 2. К о Н й ллХ1 АН. А 7 1. К0Е 0 Чси и,с о1 2. ШУ5 ЧЛ он 0ОчА,, 6В1 9 2. ЛЛ ЯКиКР9 2. К уч о т АгуУо,. Х И 3. ОгО 1 2. ООСТ 2. V м 2. Л V иЧ 2. З4В нс Vi 2. Н Л 0 сн сн а 2. Молекула СБКЗ подразделяется на три домена Мконцевой домен остатки 1, содержащий сайт ингибиторного фосфорилирования, каталитический домен остатки 0 и Сконцевой домен остатки , функции которого неясны. При рентгеноструктурном исследовании киназы Ы и Сконцевые домены обычно не упорядочены. Белковая цепь каталитического домена уложена традиционным для киназ образом рис. АТФ. Пуриновая группа АТФ взаимодействует с так называемым шарниром участком полипсптидной цепи, соединяющим большую и малую доли киназы . Поскольку это взаимодействие опосредовано донорами и акцепторами водородной связи, расположенными в основной цепи белка, оно остается практически неизменным для всех ферментов, относящихся к семейству киназ. Селективность конкурентных с АТФ ингибиторов киназ определяется взаимодействиями с боковыми цепями аминокислотных остатков, лежащих рядом с местом связывания АТФ. Рис. Строение каталитического домена остатки 8 3 структура . А общий вид комплекса 3ДФ2 3 окрашена согласно вторичной структуре АДФ шаростержневая модель, окрашенная по типам атомов ион магния изображн в виде шарика. Б обозначены глициновая петля жлтый, Спетля красный, шарнир салатовый, активационная петля пурпурный, остатки , 0, 5 в виде стержневых моделей. XXX, где остаток серина или треонина, X любой аминокислотный остаток, а предварительно фосфорилированный чаще всего казеинкиназой II остаток серина или треонина . Фосфорилирование таубелка осуществляется также при отсутствии предварительного фосфорилирования, хотя и с меньшей эффективностью . Ключевую роль в распознавании предварительно фосфорилированных субстратов играет аминокислотный остаток и расположенные рядом с ним остатки 0 и 5 рис. Этот сайт также играет важную роль в ингибировании активности киназы, поскольку именно с ним взаимодействует регуляторный остаток i9 в За, фосфорилирование которого протеинкиназой В РКВ приводит к аутоингибированию 3 рис. Кроме 9, заметную структурную роль в аутоингибировании играют остатки 4 и 6, которые взаимодействуют с остатками , и 1, дополнительно стабилизируя неактивную форму киназы . Вещества, взаимодействующие с данной областью киназы, могут быть весьма селективными неконкурентными ингибиторами предполагается, что ингибиторы ряда связываются в пространстве между глициновой петлй, Спетлй и активационной петлй . Рис. А Слева принципиальная схема аугоингибирования ОБКЗ . Б результаты докинга псевдосубстрата 3СКРИЛТр8 А, соответствующего последовательности Мконцевого домена . Другой важнейший способ регулирования ферментативной активности СБКЗ состоит в изменении состояния фосфорилирования аминокислотного остатка Туг6, расположенного в активационной петле. В активированном состоянии остаток Туг6 фосфорилирован например, киназой ТАК 1 , поврнут в сторону от сайта распознавания субстрата рис. А, рис. Здесь и в дальнейшем используется нумерация аминокислот 3изоформы, если не указано иное.