Raziskave

Dinamični vidik vezave ligandov na proteine

Šifra:

J1-8145

Obdobje:

01. maj 2017 - 30. april 2020

Obseg:

0,11 FTE

Vodja:

Stanislav Gobec

Veda:

1.04 Naravoslovje/Kemija

Opis:

Mnogi procesi, ki so bistveni za žive organizme, vključujejo vezavo ligandov na proteine, pri čemer ligandi preklapljajo proteine med različnimi funkcionalni stanji. Strukture kompleksov ligand-protein z atomsko ločljivostjo predstavljajo osnovo za razumevanje interakcij med ligandi in proteini. Vendar pa postaja jasno, da lahko na mehanizem vezave ligandov na proteine močno vplivajo tudi dinamični procesi. Zato je za temeljito razumevanje tega mehanizma in njegove funkcionalne vloge v določenem življenjskem procesu potrebna kombinirana strukturno dinamična karakterizacija vezave ligand-protein. Kljub modernemu razvoju biofizikalnih metod in računalniških pristopov za preiskave biomolekularnih sistemov, ostaja karakterizacija dinamičnih procesov zaradi njihove izmuzljive narave zahteven izziv. Cilj tega projekta je detajlna karakterizacija dinamičnih procesov v kompleksih ligand-protein z atomsko ločljivostjo na širokem časovnem območju z uporabo kombiniranega pristopa jedrske magnetne resonance (NMR), vibracijske spektroskopije in simulacij molekulske dinamike (MD). Raziskave bodo obsegale podrobno karakterizacijo proteinske dinamike v kompleksih ligand-protein, vključno z upoštevanjem redko zasedenih visoko energijskih proteinskih stanj. Posebna pozornost bo namenjena karakterizaciji sklopljenih gibanj liganda in proteina in doslej zelo slabo raziskanemu razmerju med notranjo gibljivostjo liganda in njegovo biološko učinkovitostjo. Naši nedavni rezultati so pokazali, da lahko poleg notranje gibljivosti proteinov ti dinamični procesi močno vplivajo na ligand-protein interakcije in so lahko povezani s funkcionalnostjo ligandov. Zmogljivosti NMR spektroskopije za odkrivanje in študij notranje gibljivosti proteinov na časovnem območju od pikosekund do za milisekund so dobro poznane. Na podlagi naše karakterizacije zelo notranje gibljivih dipeptidov v vodnem okolju, smo prepričani, da bo vibracijska spektroskopija pomembno prispevala k NMR študijam s svojo sposobnostjo neposrednega merjenja kratkoživih stanj, predvsem pri karakterizaciji notranje gibljivosti ligandov. Za razumevanje korelacije med posameznimi vrstami gibanj in njihovega vpliva na vezavo ligand-protein, bomo uporabili MD simulacije in razvili računalniška orodja za primerjavo numeričnih rezultatov z eksperimentalnimi podatki. Raziskali bomo vezavo ligandov na Mur ligazo D, več-domenski proteinski encim, ki odraža konformacijsko dinamiko na širokem območju v času in prostoru. Rezultati teh študij bomo uporabili za načrtovanje bolj aktivnih inhibitorjev Mur ligaze D, ki jih bomo sintetizirani in biološko ovrednotili. Tako bomo preučili potencial naših rezultatov za tarčno načrtovaje in odkrivanje zdravilnih učinkovin. Splošno uporabo novih znanj bomo ocenili preko študije vezave ligandov na druge proteine, sterol 14α-demetilazo in živčni rastni faktor. Njuna mehanizma aktivacije doslej še nista razložena. Rezultati študij bodo lahko bistveno prispevali k napredku molekularne medicine in bodo zelo pomembni za številna specifična raziskovalna področja, kot so molekularno prepoznavanje, molekularna signalizacija, encimska kataliza, zvitje proteinov, tarčno načrtovanje in odkrivanje zdravilnih učinkovin.